Wasserstoffspeicher für Autos?
Flotter Dreier: Ternäres Hydrid mit selbstkatalytischem Reaktionsweg setzt Wasserstoff rascher und bei niedrigenTemperaturen frei
Wasserstoff ist der Treibstoff der Zukunft. Leider gibt es da noch ein Problem: Wasserstoff ist ein Gas und kann nicht wie Benzin einfach in einen Tank gefüllt werden. Die Speicherung in Form von festen Hydriden, chemischen Verbindungen aus Wasserstoff und einem Metall und/oder einem Halbmetall, eignen sich prinzipiell als Speichermedien, waren bisher jedoch nicht für automobile Anwendungen geeignet. Ein amerikanisches Forscherteam von der Ford Motor Company (Dearborn, MI) und der University of California (Los Angeles) hat nun ein neuartiges Hydrid entwickelt, das ein interessanter Ansatzpunkt für zukünftige Wasserstoffspeicher in Fahrzeugen sein könnte. Wie Jun Yang und sein Team in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, verhilft ein "selbstkatalytischer" Reaktionsweg dem Verbund aus drei verschiedenen Hydriden zu einer rascheren Wasserstofffreisetzung bei niedrigeren Temperaturen und ohne störende Nebenprodukte.
Bestimmte Wasserstoffverbindungen, wie Lithiumborhydrid LiBH4 und Magnesiumhydrid MgH2 können Wasserstoff abgeben und erneut beladen werden. Für automobile Anwendungen erfordern sie jedoch zu hohe Temperaturen zum Freisetzen des Wasserstoffs, die Wasserstoffaufnahme und -abgabe erfolgen viel zu langsam, und Zersetzungsreaktionen setzen unerwünschte Nebenprodukte frei, etwa Ammoniak. Zudem sind sie erst bei sehr hohen Drücken und Temperaturen wieder beladbar. Die Kombination zwei verschiedener Hydride (binäre Hydride) brachte bereits Fortschritte, da diese Wasserstoff teilweise schon bei niedrigeren Temperaturen freisetzen als jede der beiden einzelnen Komponenten.
Die Forscher um Yang gingen noch einen Schritt weiter und kombinierten drei wasserstoffhaltige Verbindungen: Lithiumamid LiNH2, Lithiumborhydrid LiBH4 und Magnesiumhydrid MgH2 im Verhältnis 2:1:1 zu einem ternären Hydrid. Dieses Dreiergespann zeigt wesentlich günstigere Eigenschaften als bisherige binäre Materialien.
Ursache ist eine komplexe Abfolge von Reaktionen der Komponenten untereinander. Die ersten Reaktionen treten bereits auf, wenn die Ausgangskomponenten miteinander vermahlen werden. Beim Erhitzen laufen weitere Reaktionen ab, dabei wird Wasserstoff freigesetzt. Die Mischung ist "selbstkatalytisch". Das bedeutet, dass eine der Reaktionen die Produkt-Kerne für die nachfolgende Reaktion vorformt und so die gesamte Reaktionsfolge beschleunigt. Niedrigere Desorptionstemperaturen sind die Folge, die Freisetzung von Wasserstoff beginnt bereits bei 150 °C. Dabei ist der Wasserstoff sehr rein, da weder Ammoniak noch andere flüchtige Abbauprodukte entstehen. Die Wiederaufladung mit Wasserstoff gelingt bereits unter moderaten Bedingungen.
Originalveröffentlichung: Jun Yang eta.; "Self-Catalyzing Hydrogen Storage Material", ngewandte Chemie 2007.
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