Was ist eine Wasserstoffspeicherlegierung?
Wasserstoffspeicherlegierungen sind Legierungsmaterialien, die Wasserstoff speichern können.
Sie machen sich den Mechanismus zunutze, dass sich bestimmte Metalle mit Wasserstoff zu Hydriden verbinden. Unter den vielen metallischen Elementen ist Magnesium (Mg) ein Metall, das relativ leicht ein Hydrid bildet.
Wasserstoffspeicherlegierung erhält man, indem man Metalle, die sich leicht hydrieren lassen, in bestimmten Anteilen mischt und sie miteinander legiert.
Anwendungen von Wasserstoffspeicherlegierungen
Zu den Anwendungen von Wasserstoffspeicherlegierungen gehören Kraftstofftanks in Wasserstoff- und Brennstoffzellenfahrzeugen sowie Anodenmaterialien in Nickel-Wasserstoff-Sekundärbatterien. Wasserstoffspeicherlegierungen werden dort eingesetzt, wo diese Eigenschaften ausgenutzt werden können, da sie ein Wasserstoffvolumen speichern können, das 1.000 Mal größer ist als das Volumen der Wasserstoffspeicherlegierung selbst.
Die bekannteste Anwendung von Wasserstoffspeicherlegierungen ist die Verwendung als Anodenmaterial für wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterien. Nickel-Metallhydrid-Trockenbatterien wurden kommerzialisiert und sind immer noch erhältlich. Aufgrund ihrer im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus geringen Batteriekapazität werden sie jedoch nicht häufig verwendet.
Die derzeitigen Wasserstoffspeicherlegierungen verwenden häufig seltene Metalle und sind daher teuer in der Herstellung. Wenn technologische Innovationen entwickelt werden, um die Nachteile der hohen Kosten zu beheben, besteht die Möglichkeit, wiederaufladbare Batterien mit Wasserstoffspeicherlegierungen in größerem Umfang verfügbar zu machen.
Funktionsweise von Wasserstoffspeicherlegierungen
Wasserstoffspeicherlegierungen zeichnen sich nicht nur durch ihre Fähigkeit aus, Wasserstoff zu speichern, sondern auch durch ihre Fähigkeit, gespeicherten Wasserstoff wieder abzugeben. Unter normalen Bedingungen ist das Element Wasserstoff (H) in Form von Wasserstoffgas (H2) stark verdünnt. Wasserstoffspeicherlegierungen können Wasserstoff mit einer höheren Packungsdichte als im gasförmigen Zustand (H2) speichern. Wasserstoffspeicherlegierungen erzeugen bei der Speicherung von Wasserstoff Wärme, während sie bei Erwärmung Wasserstoff freisetzen.
Wasserstoff ist eine der vielversprechendsten Energiequellen der Zukunft und eine Alternative zu fossilen Brennstoffen. Aufgrund der geringen Energiedichte von Wasserstoffgas im gasförmigen Zustand ist es jedoch sehr ineffizient, Wasserstoffgas allein zu transportieren. Wasserstoffspeicherlegierungen sind eine mögliche Lösung für künftige Energieprobleme, da sie Wasserstoff in einem Zustand hoher Energiedichte speichern können.
Als Wasserstoffspeicherlegierungen, die genügend Wasserstoff für den praktischen Einsatz speichern können, wurden bisher Legierungen mit seltenen und teuren Elementen (Seltene Erden) verwendet. Derzeit werden jedoch neue Legierungsmaterialien entwickelt, die Wasserstoff in ausreichender Menge speichern können, ohne dass die teuren und seltenen Seltenen Erden verwendet werden müssen.
Arten von Wasserstoffspeicherlegierungen
Wasserstoffspeicherlegierungen lassen sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung grob in fünf Typen einteilen. Die Klassifizierungsbezeichnungen und Kristallstrukturen unterscheiden sich je nach dem Zusammensetzungsverhältnis und der Art des verwendeten Metalls.
1. Typ AB5
Hauptsächlich auf der Basis von Seltenerdmetallen. Er enthält auch Übergangselemente wie Nickel (Ni). Da die Menge des absorbierbaren Wasserstoffs relativ hoch ist, wird es als Anodenmaterial in Nickel-Wasserstoff-Sekundärbatterien verwendet.
2. Typ AB2
Hauptsächlich auf Basis von Übergangselementen wie Mangan, Titan, Nickel und Zirkonium. Im Vergleich zum obigen Typ AB5 hat dieses Legierungsmaterial eine höhere Wasserstoffspeicherkapazität und wird daher aktiv erforscht und entwickelt.
3. Typ AB
Besteht hauptsächlich aus Titan und Eisen, manchmal auch als Ti-Fe-Typ abgekürzt. Kann ohne die Verwendung von seltenen Erden hergestellt werden und ist daher relativ kostengünstig in der Herstellung.
4. Typ A2B
Mg-Legierungen werden hauptsächlich aus Magnesium hergestellt. Da Magnesium eine große Menge Wasserstoff aufnehmen kann, zeichnet es sich durch seine hohe Wasserstoffspeicherkapazität aus.
5. Mischkristalllegierungen vom Typ BCC
Diese Legierungen, die hauptsächlich aus Vanadium und Chrom bestehen und manchmal auch als Ti-V oder Ti-Cr bezeichnet werden, haben eine höhere Wasserstoffspeicherkapazität als AB5- und AB2-Legierungen.
Weitere Informationen über Wasserstoffspeicherlegierungen
1. Anwendungen von Wasserstoffspeicherlegierungen
Zu den Anwendungen von Wasserstoffspeicherlegierungen gehören Wärmepumpen und Kompressoren. Weitere Anwendungen sind Werkstoffe für Wasserstoffspeicher, die Wasserstoffspeicherlegierungen und Hochdruckbehälter für Wasserstofffahrzeuge kombinieren.
2. Zukunft der Wasserstoffspeicherlegierungen
Wasserstoffspeicherlegierungen sind Werkstoffe, die Wasserstoff speichern und freisetzen können. Es wird erwartet, dass Wasserstoff fossile Brennstoffe als saubere Energiequelle ersetzen wird.
Wasserstoffspeicherlegierungen haben eine vielversprechende Zukunft, wenn sie große Mengen an Wasserstoff speichern und freisetzen können und kostengünstig herzustellen sind.