Nanostrukturierte Materialien für die Wasserstoffspeicherung
Lars Röntzsch
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik & Angewandte Materialforschung
Institutsteil Dresden für Pulvermetallurgie und Verbundwerkstoffe
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
www.ifam-dd.fraunhofer.de
Institutsteil Dresden
Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Kontakt:[email protected] (fon: + 49 351 253 7411, mobil: + 49 172 271 5859)
Quelle: A. Züttel
Fraunhofer FEP
Institut für Elektronen-
strahl- und Plasmatechnik
Fraunhofer IFAM
Institut für Fertigungs-
technik und Angewandte
Materialforschung
Fraunhofer IKTS
Institut für Keramische
Technologien und
Systeme
Fraunhofer IWS
Institut für Werkstoff- und
Strahltechnik
IWS
FEP
IFAM
IKTSIWSIWS
Luftbild IZD
FEPFEP
IFAMIFAM
IKTSIKTS
Institutsteil Dresden
Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Fraunhofer Institutszentrum Dresden, Winterbergstraße 28
H2-S
peic
heru
ng
+ Komposite (C, ...)Quelle: BMW Group
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Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
H2-S
peic
heru
ng
Quelle: A. Züttel
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Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Institutsteil Dresden
Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
H-Speicherdichten im Vergleich
Quelle: Schlapbach, Züttel
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Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
H-Speicherdichten im Vergleich
50mbar Überdruck
V=115.000m³
Gleiche Menge an Wasserstoff im Feststoff: Metallhydrid, z.B. MgH2
Mg-Würfel (a=4,03m) MgH2-Würfel (a=4,39m)Miniaturisierung!
vor 100 Jahren: Erlwein-Gasometer (1908)
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Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Quelle: SLUB Dresden
DoE-Ziele:
H2 Gas Metallhydrid
Stadien der Hydrid-Bildung
pot. Energie
Gitter-Dilatation
M + x/2 H2 MHx + WärmeAdsorption
Dissoziation
(Katalysator!)
alpha-Phase
(Gitter-Gas)
beta-Phase
(Hydrid)
Quelle: nach Schlapbach, Züttel
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Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
p-c-T-DiagrammVan't-Hoff-Gerade
Thermodynamik
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Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Quelle: Schlapbach, Züttel
Schnellere Kinetik durch Nanostrukturierung (KMC Simul.)
konventionelle
(Mikro-)Struktur Nanostruktur
große ‚innere‘ Oberfläche
Korngrenzen, Defekte wirken
als ‚Autobahnen‘ der H-Diffusion
Zeit:
Zeit:
Schnellere Kinetik durch Nanostrukturierung (KMC Simul.)
Zeit:
Schnellere Kinetik durch Nanostrukturierung (KMC Simul.)
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Schnellere Kinetik durch Nanostrukturierung (KMC Simul.)
Zeit:
Schnellere Kinetik durch Nanostrukturierung (KMC Simul.)
Zeit:
Schnellere Kinetik durch Nanostrukturierung (KMC Simul.)
Zeit:
Schnellere Kinetik durch Nanostrukturierung (KMC Simul.)
Schnellere Kinetik der Be- und Entladung
Institutsteil Dresden
Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Methoden der Nanostrukturierung
Hochenergiemahlen (“top-down”)
mechanischer Energieeintrag
neue Oberfläche wird geschaffen
Kristalldefekte (Korngrenzen) entstehen
Mahlen unter Ar od. H2
Hochdruck-Mahlsystem bis 150bar H2(Prevention von Oxidation, H-induzierte Amorphisierung etc.)
Institutsteil Dresden
Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Methoden der NanostrukturierungBsp.: Mg-Ni-Y
Institutsteil Dresden
Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Melt-spinning (“bottom-up”)
Rascherstarrung einer metall. Schmelze
(Kühlrate bis 1Mio. Kelvin per Sekunde)
Prozessierung in inerter Atomsphere
Massenproduktion möglich (high-yield)
nanokristalline Bänder Häckseln
Kompaktieren Hydrieren Dehydrieren ...
nanokristalline Bänder, 30μm dick
20nm 20nm
100nm 100nm
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Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Bsp.: Mg-Ni-Y
Institutsteil Dresden
Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Nanokristallines Mg-Ni-Y in Hochauflösung (TEM)
Institutsteil Dresden
Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Hochenergiemahlen
Rascherstarrung
• Probenmasse: bis 10g
• Auflösung: 10μg
• Druckbereich: Vakuum ... 350 bar
• Temperaturbereich: RT bis 400°C
• Desorption bei BZ Arbeitsdruck (2-8 bar H2)
Magnetschwebewaage
Reaktor und Wägeapparat getrennt
Wasserstoff-Sorptionskinetik via Thermogravimetrie (TGA)
Quelle: Rubotherm
Institutsteil Dresden
Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Institutsteil Dresden
Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
• Probenmasse: bis 10g
• Auflösung: 10μg
• Druckbereich: Vakuum ... 350 bar
• Temperaturbereich: RT bis 400°C
• Desorption bei BZ Arbeitsdruck (2-8 bar H2)
Magnetschwebewaage
Reaktor und Wägeapparat getrennt
Wasserstoff-Sorptionskinetik via TGA
Quelle: Rubotherm
Zeit
Hydrid
Container Ventil
Quelle: A. Raheim
Quelle: J. TöplerProblematik: Hydrid-Kartusche
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Pulvermetallurgie & Verbundwerkstoffe
Danke für die Aufmerksamkeit.☺
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Kontakt:[email protected] (fon: + 49 351 253 7411, mobil: + 49 172 271 5859)