Erkundung und Untersuchung von Metallhydridsystemen mit hohem Adsorptions-/Desorptionsdruck

• Antragsteller: Dr. Michael Felderhoff; Professor Dr. Florian Mertens
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449160425

Die Etablierung der Brennstoffzellentechnologie im Transportsektor hat zu ersten kommerziellen Angeboten bei Brennstoffzellenfahrzeugen geführt (Toyota Mirai). Allerdings ist auch heute ein bestehendes Hemmnis für deren weitere Verbreitung eine nicht ausreichend effiziente und wirtschaftliche Speichermöglichkeit von Wasserstoff mit hoher Kapazität. Als realistische Möglichkeit hat sich die Speicherung unter hohem Druck (70 MPa) herausgestellt, allerdings bleibt auch hier die Speicherdichte eine weitere Herausforderung. Neue Speichermethoden müssen sich zwangsläufig in ein Hochdrucksystem im Bereich von 30 – 70 MPa einpassen. Das US Department of Energy hat Anforderungen für solche Materialien evaluiert und Parameter publiziert, die diese Materialien erfüllen müssen. Die wichtigste Anforderung ist die Größe der Reaktionsenthalpie zur Aufnahme von Wasserstoff in Höhe von |Delta H| = 20 kJ mol-1 H2, da dieser Wert den Bereich der Arbeitstemperatur und des –drucks definiert und sich in das vorhandene Hochdrucksystem einfügt. Dies bedeutet, dass solche Materialien nur bei hohen Wasserstoffdrücken oder bei tiefen Temperaturen existieren. Mit diesem Wert wird eine Klasse von Materialien definiert, die wissenschaftlich vollkommen unbearbeitet ist, da die Standarduntersuchungen von Hydriden bei einem Wasserstoffdruck von 20 MPa enden. Das Ziel des Antrages ist es daher, solche Materialien, die nur unter hohem Druck oder bei tiefen Temperaturen existieren, zu synthetisieren und zu charakterisieren und hinsichtlich Zersetzungsschritte, Kinetik und Thermodynamik zu untersuchen.Die Projektpartner besitzen spezifische Kenntnisse und Erfahrungen im Bereich der Hydride und können notwendiges und komplementäres Equipment für Synthese und Charakterisierung solcher instabilen Hydride zur Verfügung stellen. Die Gruppe Mertens hat kürzlich eine Sieverts-Apparatur mit Drücken bis zu 100 MPa aufgebaut und kann Kalorimetrie unter hohem Druck durchführen. Die Gruppe Felderhoff ist mit Apparaturen zur Synthese unter hohem Druck ausgestattet und hat Zugang zu XRD-Messungen unter hohem Wasserstoffdruck. Hinsichtlich Synthese und Charakterisierung ergänzen sich die beiden Gruppen optimal. Die zu untersuchenden Materialklassen sind komplexe Übergangsmetallhydride und komplexe Seltenerdmetallhydride bis zu Hydridmischungen, die sich durch das Konzept des "thermodymic Tuning" optimieren lassen. Mit der Methode des Hochdruck-Kugelmahlens steht eine spezifische Synthesemethode für instabile Hydride zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen