![Page 1: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/1.jpg)
1
Den danske brint- og brændselscelledag 2017
-”HyFillFast”
Torben R. JensenProfessor, dr.scient.
iNANO – The Interdisciplinary
Nanoscience center and
Department of Chemistry
Aarhus University
![Page 2: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Kategorier, partnere og nøgletal
• Projektet er støttet af Innovationsfonden i perioden 1. Januar 2012 til 31. december 2017.• Samlet budget DKK 39,39 mio og et tilskud fra Innovationsfunden på DKK 21,97 mio.
• Projektpartnere:• Aarhus Universitet, Danmark• Lektor Irina Petrushina og Prof. Jens Oluf Jensen
Department of Energy Conversion and Storage, DTU• Lektor Masoud Rokni,
Department of Mechanical Engineering, DTU• Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Tyskland• H2 Logic (Nu: Nel Hydrogen Fuelling), Danmark • Korea Institute of Science and Technology, Seoul, Sydkorea
Mikael Sloth
Vice President Business Development
Nel Hydrogen
![Page 3: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Projektbeskrivelse/formål/målsætninger
• Projektbeskrivelse
• Formål: Integration af komprimeret brint via en ionisk væske som stempelkompressor + faststofopbevaring af H2
• Målsætning• Designe et helt nyt koncept, hvor hydrogen opbevares både som gas ved højt tryk
(700 bar) og i et fast stof• Udvikle nye metoder til hydrogen-komprimering med højere energieffektivitet og
som ikke opvarmer brinten eller leder varmen væk
• Potentiale: hurtig optankningstid, høj hydrogenkapacitet, lang kørselsrækkevidde og en væsentlig forbedret energieffektivitet.
![Page 4: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Arbejdspakker• Inddelt i 5 arbejdspakker
WP2 WP3
WP4
![Page 5: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/5.jpg)
5
WP2
• Ioniske væsker (IL)• Fem kandidater udvalgt
• Korrososionstest af materialer ifm. de 5 IL.• Legering AISI 316L
Nasrin Arjomand Kermani,
Masoud Rokni
DTU-MEK
![Page 6: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/6.jpg)
6
WP2
• Kompressor til testning af ioniske væsker bygget i laboratorieskala• Design, sikkerhedskoncept, varmeoverførsel evalueret.• Thermodynamisk model udviklet
![Page 7: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/7.jpg)
WP 2 Heat Transfer Modelling
Nasrin Arjomand Kermani, Masoud Rokni
The model is based on:
➢ Mass balance
➢ Energy balance
of the hydrogen, liquid, and chamber’s
wall
Hydraulic System
Accumulator
Controller Special bygget laboratorium på DTU
![Page 8: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/8.jpg)
8
WP3Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint
• Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer• Efterligner betingelser i moderne brintdrevne biler (e.g. Toyota Mirai)
• Hydrogen kompressor: MmNi4.35Co0.8Al0.05 (Mm = Mischmetal, e.g. La and Ce).• Plateutryk: 70 bar ved 20 °C men 1370 bar ved 200 °C
• In situ studier muligt• Implementeret på DESY, PETRAIII
Synkrotronen i HamborgPå MAX-IV, inden længe
B. R. S. Hansen et al., J. Appl. Crystallogr. 48 (4), 1234-1241.
![Page 9: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/9.jpg)
• Cycles made on differential pressure / continuous volumetric apparatus
• Higher pressure improves absorption (t < 1h)
• Cycling 10 times
• Several batches prepared (> 2 Kg in total)
9
Larger Scale ~0,5 kg, komposit: 2LiBH4-MgH2
![Page 10: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/10.jpg)
5
System Integration
Experiments in real applications
Successful coupling system
PEM fuel cell real requests
Critical data
Experiments design
Demonstrations
System integration with solid oxide fuel cell (SOFC)
Optimal conditions for reactive hydride composites
Increasing system efficiency
Recovering heat
![Page 11: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/11.jpg)
AARHUS UNIVERSITYDepartment of Chemistry
11
Novel metal borohydrides
KSc(BH4)4[5] NaSc(BH4)4
[4]
Sr(BH4)2[11]
Sr(BH4)Cl[11]Ba(BH4)xCl2-x[13] Ba(BH4)xCl2-x
[13]
β-Y(BH4)3[3] K3Y(BH4)6-xClx
[13]
MZn2(BH4)5[1]
(M = Li, Na)NaZn(BH4)3
[1]
α-Cd(BH4)2[8]
KZnBH4Cl2[2]
KZn(BH4)3[6] K2Zn(BH4)4-xClx
[6]
K2Cd(BH4)4[8]
KCd(BH4)3[8]
β -Cd(BH4)2[8]
[1] Ravnsbæk et. al, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6659-6663. [2] Ravnsbæk et. al, J. Eur. Inorg. Chem. 2010, 11, 1608-1612. [3] Ravnsbæk et. al, Inorg. Chem. 2010, 49,
3801–3809. [4] Cerny et. al, J. Phys. Chem C 2010, 144, 1537. [5] Cerny et. al, J. Phys. Chem C 2010, 114, 19540–19549. [6] Cerny et. al, J. Phys. Chem C 2011, in press. [7]
Schouwink et al, J. Phys. Chem. C, 2011, submitted. [7] Ravnsbæk et. al, Angew. Chem. 2011, submitted. [9] Ravnsbæk et. al, Int. J. Hydrogen Energy 2011, submitted. [10]
Ley et. al, 2011, JACS, submitted. [11] Ravnsbæk et al, Inorg. Chem. 2012, to be submitted. [12] Ley et al, 2012, under preperation. [13 Ravnsbæk et al, 2012, under
preperation. ]
LiM’(BH4)3Cl[10,12]
(M’= La, Ce, Gd)NaY(BH4) 2Cl2
[9]
K2Zn(BH4)4-xBrx[13]
K3Mg(BH4)5[7]
K2M’(BH4)4[7]
(M’= Mg, Mn)
![Page 12: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/12.jpg)
12
WP3
• Højt tryk påvirker reaktionskinetik
• Na2B10H10 – 8 NaH• RT - 302 °C (∆T/∆t = 10 °C/min)• isothermal at T = 302 °C for ~3 hours• p(H2) = 440 bar • λ = 0.20720 Å
• Stabile closo-boraner omdannes til MBH4
S. R. H. Jensen et al., Phys. Chem. Chem. Phys., Submitted.
![Page 13: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/13.jpg)
13
WP3
S. R. H. Jensen et al., Phys. Chem. Chem. Phys., Submitted.
Lette borhydrider kan have meget højt brintindhold
Højere boraner er intermediater
Brint optag og afgivelse ofte en meget kompleks reaktion
![Page 14: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Struktur og egenskaber af nye forbindelser
undersøgt med teori og
eksperimentielle metoder
Jepsen et al. , Inorg. Chem. 54, 7402 (2015)AU-KIST
Ammoniak holdige forbindelser, Y(BH4)3xNH3
![Page 15: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/15.jpg)
30 new borohydrides in:
Ammonium borohydride perovskite
NH4Ca(BH4)3, m = 15.7 wt% H2,
short di-hydrogen bonds ~2.2 Å, H2 elimination at Tdec ~ 100 C, formation of Ca(BH4)2NH3BH3.
‘Uorganisk naturgas’ NH4BH4
m = 24.5 wt% H2.
May also be stabilised at high p(H2) 200 < p(H2) < 500 bar
![Page 16: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/16.jpg)
WP4: Tank design for combined high pressure gas and
solid state hydrogen storage
δ
Andrea Mazzucco, Masoud Rokni
H2-Logic, HZG Hamborg
![Page 17: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/17.jpg)
17
WP4• Varmehåndtering i gastanke
• Modeller udviklet til forudsigelse af temperaturstigning ved komprimering af brint• Forskellige scenarier udvalgt
• T < 85 °C er kritisk
• Forøgelse af varmeoverførsels-Området mindsker temperatur-stigningen
• Evt. et faseændringsmateriale
![Page 18: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/18.jpg)
Page 18 © 2017 Nel Hydrogen | www.nelhydrogen.com
About Nel Hydrogen
● World’s largest pure-play hydrogen company with a market cap of more than $250 million.
● 190 employees in Denmark, Norway and USA with world-class experience and skills.
● Offering hydrogen technology and solutions for industrial, energy and transport applications.
● More than 3500 hydrogen solutions delivered in 80 countries world wide since 1927.
● World #1 on hydrogen electrolysers and hydrogen fueling – unrivalled performance and track-record.
ALKALINE ELECTROLYSERS HYDROGEN FUELINGPEM ELECTROLYSERS
Dates back to
1927
Acquired in 2017 Acquired in 2015
![Page 19: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/19.jpg)
CONFIDENTIAL Page 19 © 2017 Nel Hydrogen | www.nelhydrogen.com
H2Station® Hydrogen fueling stations since 2003
One among the first in the world to achieve 70MPa SAE J2601 compliance in 2011
![Page 20: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/20.jpg)
Page 20 © 2017 Nel Hydrogen | www.nelhydrogen.com
H2Station® manufacturedat world’s largest factory
300 H2Station® per year – sufficient for
fueling 200.000 new FCEVs annually.
€9 million initial investment.
New H2Station® manufacturing facility in Denmark
![Page 21: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Forskningsmæssigt udbytte
• WP1: Projekt management (projektet fulgte den oprindelige tidsplan)
• > 120 publikationer fra 2012 - 2017
• > 50 Foredrag, > 50 postere
• 7 PhD grader
• Videreuddannelse af 6 post doc’s
![Page 22: Den danske brint- og brændselscelledag 2017 · WP3 Kombineret højt tryk og gas opbevaring af brint • Udvikling af højttryksudstyr (< 700 bar) til karakterisering af materialer](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022042420/5f3811a739579c7e420c8410/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Konklusioner og perspektivering• Ioniske væsker som kompressionsstempel er lovende, alle
brikke til ‘puslespil’ er klar
• Brintopbevaringsmaterialer, reversibelt, dog stadig høj
temperature ca. 350 C
• Faseændringsmaterialer kan optimere den nuværende
optankningsprocedure ved at optage varme
• Nyt design af faststof brint tank
• > 100 helt nye brintholdig materialer