Neues Material sorgt für mehr Speicherleistung bei Wasserstoff: kleinere, billigere und energiedichte Systeme vorstellbar

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Professor David Antonelli von der Lancaster University hat ein neues Material aus Manganhydrid entdeckt, das zur Herstellung von Molekularsieben in Wasserstofftanks verwendet werden kann. Das Material KMH-1 (Kubas Mangan Hydride-1) weist eine reversible überschüssige Adsorptionsleistung von 10,5 Gew.-% und 197 kgH2 m-3 bei 120 bar bei Umgebungstemperatur ohne Aktivitätsverlust nach 54 Zyklen auf.

Mit diesem Material ließe sich die Konstruktion von Wasserstofftanks ermöglichen, die kleiner, billiger und energiedichter sind als die bestehenden Alternativen. Des Weiteren sollen sie die Leistung batteriebetriebener Fahrzeuge deutlich übertreffen. Ein Papier über ihre Arbeit wird in der Zeitschrift Energy and Environmental Science veröffentlicht.

„Die Herstellungskosten unseres Materials sind so niedrig, und die Energiedichte, die es speichern kann, ist so viel höher als bei einer Lithium-Ionen-Batterie, dass wir Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme sehen könnten, die fünfmal billiger sind als Lithium-Ionen-Batterien und eine viel größere Reichweite bieten – was Fahrten bis zu etwa vier- oder fünfmal länger zwischen den Tankvorgängen ermöglicht.“ – Professor Antonelli, Lehrstuhl für Physikalische Chemie an der Universität Lancaster

Das Material nutzt einen chemischen Prozess namens „Kubas-Binding“. Dieses Verfahren ermöglicht die Speicherung von Wasserstoff durch Abspaltung der Wasserstoffatome innerhalb eines H2-Moleküls und arbeitet bei Raumtemperatur. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Bindungen zwischen den Atomen zu spalten und zu binden, Prozesse, die hohe Energien und extreme Temperaturen erfordern und komplexe Geräte erfordern.

Das KMH-1-Material absorbiert und speichert auch überschüssige Energie, so dass keine externe Wärme und Kühlung erforderlich ist. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da Kühl- und Heizgeräte nicht in Fahrzeugen eingesetzt werden müssen, was zu Systemen führt, die das Potenzial haben, weitaus effizienter zu sein als bestehende Systeme.

Das Sieb arbeitet, indem es Wasserstoff unter etwa 120 Atmosphären drucklos absorbiert, als ein typischer Tauchtank. Er gibt dann bei Druckentlastung Wasserstoff aus dem Tank in die Brennstoffzelle ab. Die Experimente der Forscher zeigen, dass das Material die Speicherung von viermal so viel Wasserstoff im gleichen Volumen wie die bisherigen Wasserstoff-Kraftstofftechnologien ermöglichen könnte.

Dies ist ideal für Fahrzeughersteller, da es ihnen die Flexibilität gibt, Fahrzeuge mit einer größeren Reichweite (viermal so groß wie bisher) zu konstruieren oder die Größe der Tanks um bis zu den Faktor vier zu reduzieren. Obwohl Fahrzeuge, einschließlich Pkw und Lkw, die offensichtlichste Anwendung sind, glauben die Forscher, dass es viele andere Anwendungen für KMH-1 gibt.

„Dieses Material kann auch in tragbaren Geräten wie Drohnen oder in mobilen Ladegeräten verwendet werden, damit die Menschen eine Woche lang auf Campingreisen gehen können, ohne ihre Geräte aufladen zu müssen.“ – Professor Antonelli, Lehrstuhl für Physikalische Chemie an der Universität Lancaster

Die Forschung wurde von Chrysler (FCA), dem Hydro-Quebec Research Institute, der University of South Wales, dem Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), der walisischen Regierung und der University of Manchester finanziert.

Quelle: GreenCarCongress – New hydrogen storage material could enable smaller, cheaper, more energy dense systems for vehicles; Kubas binding // theengineer.com – New material delivers hydrogen storage boost