16.08.2022 - University of Technology, Sydney

Forscher entwickeln neue, schneller aufladbare Wasserstoff-Brennstoffzelle

Ein neues Design für Festkörper-Wasserstoffspeicher könnte die Ladezeiten erheblich verkürzen

Forscher der University of Technology Sydney (UTS) und der Queensland University of Technology (QUT) haben eine neue Methode entwickelt, um die Ladezeiten von Festkörper-Wasserstoffbrennstoffzellen zu verbessern.

Wasserstoff gewinnt als effiziente Möglichkeit zur Speicherung von "grüner Energie" aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne zunehmend an Bedeutung. Die gängigste Form der Wasserstoffspeicherung ist komprimiertes Gas, er kann jedoch auch in flüssigem oder festem Zustand gespeichert werden.

Dr. Saidul Islam von der University of Technology Sydney sagte, dass die Speicherung von festem Wasserstoff, insbesondere Metallhydrid, auf Interesse stößt, weil sie sicherer, kompakter und kostengünstiger als Druckgas oder Flüssigkeit ist und Wasserstoff reversibel aufnehmen und abgeben kann.

"Die Metallhydrid-Wasserstoffspeichertechnologie ist ideal für die Vor-Ort-Wasserstoffproduktion aus erneuerbarer Elektrolyse. Sie kann den Wasserstoff über längere Zeiträume speichern, und sobald er benötigt wird, kann er durch eine Brennstoffzelle in Gas oder eine Form von thermischer oder elektrischer Energie umgewandelt werden", so Dr. Islam.

"Zu den Anwendungen gehören Wasserstoffkompressoren, wiederaufladbare Batterien, Wärmepumpen und Wärmespeicher, Isotopentrennung und Wasserstoffreinigung. Es kann auch zur Speicherung von Wasserstoff im Weltraum verwendet werden, der in Satelliten und anderen 'grünen' Weltraumtechnologien zum Einsatz kommt", sagte er.

Ein Problem bei der Verwendung von Metallhydrid als Wasserstoffspeicher ist jedoch seine geringe Wärmeleitfähigkeit, die zu langsamen Lade- und Entladezeiten führt.

Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Forscher eine neue Methode zur Verbesserung der Lade- und Entladezeiten von Festkörperwasserstoff. Die Studie: Design optimization of a magnesium-based metal hydride hydrogen energy storage system, wurde kürzlich in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Erstautorin Puchanee Larpruenrudee, Doktorandin an der UTS School of Mechanical and Mechatronic Engineering, erklärte, dass eine schnellere Wärmeabfuhr aus der festen Brennstoffzelle zu kürzeren Ladezeiten führt.

"Mehrere interne Wärmetauscher wurden für die Verwendung mit Metallhydrid-Wasserstoffspeichern entwickelt. Dazu gehören gerade Rohre, Wendel- oder Spiralrohre, U-förmige Rohre und Rippen. Die Verwendung einer spiralförmigen Rohrschlange verbessert den Wärme- und Stoffaustausch innerhalb des Speichers erheblich.

"Dies ist auf die Sekundärzirkulation und die größere Oberfläche zur Wärmeabfuhr vom Metallhydridpulver an die Kühlflüssigkeit zurückzuführen. In unserer Studie haben wir eine wendelförmige Spule entwickelt, um die Wärmeübertragungsleistung zu erhöhen.

Die Forscher entwickelten eine halbzylindrische Spule als internen Wärmetauscher, die die Wärmeübertragungsleistung deutlich verbesserte. Die Wasserstoffladezeit wurde bei Verwendung der neuen halbzylindrischen Spule im Vergleich zu einem herkömmlichen Spiralwärmetauscher um 59 % verkürzt.

Sie arbeiten nun an der numerischen Simulation des Wasserstoffdesorptionsprozesses und an der weiteren Verbesserung der Absorptionszeiten. Zu diesem Zweck wird der halbzylindrische Spulenwärmetauscher weiterentwickelt werden.

Schließlich wollen die Forscher ein neues Konzept für die Wasserstoffspeicherung entwickeln, das andere Arten von Wärmetauschern kombiniert. Sie hoffen auch, mit Industriepartnern zusammenzuarbeiten, um die realen Tankleistungen auf der Grundlage des neuen Wärmetauschers zu untersuchen.

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