Materialien für die Hochleistungs-Wasserstoffspeicherung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Claudio Pistidda; Professorin Dr. Astrid Pundt
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425395402

Fossile Brennstoffe werden aufgrund der mit ihnen verbundenen Schadstoffemissionen und aus Nachhaltigkeitsaspekten in Zukunft durch erneuerbare Energien ersetzt werden müssen. Dabei wird Wasserstoff eine Schlüsselrolle für alternative Energiestrategien zugeordnet. Wasserstoff ist, anders als die fossilen Brennstoffe Öl, Gas und Kohle, ein sekundärer Energieträger, was bedeutet, dass seine Produktion selbst Energie erfordert. Wenn aber erneuerbare Energiequellen wie Sonnen,- Wind- oder Wasserkraftenergie für die Produktion von Wasserstoff eingesetzt werden, ergeben sich mannigfaltige Vorteile: Einerseits wird die Treibhausgasemission gesenkt, andererseits stabilisiert sich die zukünftige Energieversorgung. Darüber hinaus ermöglicht Wasserstoff als Energieträger eine effektive und synergetische Nutzung erneuerbarer Energiequellen. In dieser Hinsicht wird der Wasserstoffspeichertechnologie eine zentrale Rolle bei der Nutzung von Wasserstoff als Energieträger zugeordnet. Unter den möglichen Speichermethoden stellt die Festkörperspeicherung in Hinblick auf Sicherheit und volumetrischer Speicherdichte die attraktivste Form der Wasserstoffspeicherung dar. In jüngerer Vergangenheit haben komplexe Hydride und sogenannte „Reactive Hydride Composite systems (RHCs)“ aufgrund ihrer hervorragenden gravimetrischen und volumetrischen Speichereigenschaften Aufmerksamkeit als mobile und stationäre Speicher auf sich gezogen. Trotz ihrer herausragenden thermodynamischen und speicherkapazitiven Eigenschaften weisen diese Systeme momentan jedoch noch eine viel zu langsame Be- und Entladungskinetik auf. Dies verhindert momentan noch eine technologische Anwendung dieser Materialklasse.In diesem Rahmen soll im vorliegenden Projekt das Be- und Entladeverhalten von RHC’s im Detail untersucht werden. Dabei soll eine methodisch starke Kombination aus Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und röntgen- bzw. neutronenbasierten Techniken zum Teil unter operativen (in-situ) Bedingungen zum Einsatz kommen. Ziel dieses Projektes ist es, ein umfassendes Verständnis der die Kinetik kontrollierenden Schlüsselfaktoren zu erlangen, die Nukleation, Wachstum und Diffusionsprozesse in den RHC’s bestimmen. Dabei soll eine erste kristallographisch-chemische Nukleations - und Wachstumstheorie entwickelt werden, und die dem Massentransport und der Diffusion in RHC’s zugrunde liegenden Mechanismen enthüllt werden. Die in diesem Projekt gewonnene Erkenntnis kann eingesetzt werden, um geeignete Additive zu identifizieren, die eine optimierte Be-und Entladecharakteristik von RHC’s in einem gewünschten Temperatur- und Druckfenster ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen