Οι 2 κύριες προσεγγίσεις για αποθήκευση Η2 σε στερεά κατάσταση - Στόχος είναι η αντιμετώπιση προβλημάτων όπως οι υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας και η χαμηλή χωρητικότητα αποθήκευσης υδρογόνου
Το υδρογόνο προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα για την αποθήκευση καθαρής ενέργειας, αλλά η αποθήκευσή του γενικά απαιτεί είτε μεγάλη πίεση, είτε μεγάλη θερμότητα ή και τα δύο.
Για να αποφευχθούν οι τεράστιες πιέσεις που απαιτούνται για την αποθήκευση καθαρού υδρογόνου σε διαχειρίσιμους όγκους, οι ερευνητές έχουν εξετάσει τις ενώσεις υδρογόνου.
Παρόλα αυτά, τέτοιες προσεγγίσεις έχουν (μέχρι στιγμής) αντιμετωπίσει μια σειρά από προβλήματα.
Σε αυτά συμπεριλαμβάνονται, οι υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας (εμποδίζουν την ενεργειακή απόδοση και τη σταθερότητα των συσκευών) και η χαμηλή χωρητικότητα αποθήκευσης υδρογόνου.
Τώρα, ερευνητές με επικεφαλής τους Naoki Matsui και Ryoji Kanno στο Ινστιτούτο Επιστημών του Τόκιο στην Ιαπωνία έχουν αναπτύξει έναν ηλεκτρολύτη που επιτρέπει την αποθήκευση υδρογόνου υψηλής απόδοσης.
Οι 2 κύριες προσεγγίσεις για αποθήκευση Η2 σε στερεά κατάσταση
Υπάρχουν επί του παρόντος 2 κύριες προσεγγίσεις για την αποθήκευση υδρογόνου σε στερεά κατάσταση.
1) Η πιο διεξοδικά ερευνημένη είναι η «θερμοδυναμική», όπου ορισμένα κράματα απορροφούν υδρογόνο και σχηματίζουν ενώσεις υδρογόνου. Αυτά στη συνέχεια διασπώνται και απελευθερώνουν υδρογόνο σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
Ωστόσο, ενώ ορισμένα υδρίδια μετάλλων ελαφρών στοιχείων, όπως το MgH2 και το LiH, έχουν υψηλή χωρητικότητα αποθήκευσης υδρογόνου, απαιτούνται θερμοκρασίες περίπου 300°C για την απελευθέρωση του υδρογόνου.
2) Μια εναλλακτική προσέγγιση χρονολογείται από το έργο του Robert Huggins του Πανεπιστημίου Stanford ο οποίος το 1985 πρότεινε ότι τα ιόντα υδριδίου θα μπορούσαν να εισαχθούν ηλεκτροχημικά σε ένα μέταλλο χρησιμοποιώντας έναν υγρό ηλεκτρολύτη και μια εφαρμοζόμενη τάση.
Ωστόσο, για άλλη μια φορά η προσέγγιση περιπλέκεται από τις υψηλές θερμοκρασίες.
Οι πρόσφατες εξελίξεις στους ηλεκτρολύτες στερεάς κατάστασης μπορεί να προσφέρουν έναν τρόπο παράκαμψης αυτού του προβλήματος, εάν επιτευχθεί επαρκής ιοντική αγωγιμότητα και σταθερότητα σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. «Καθώς αναπτύσσαμε ιοντικούς αγωγούς στερεάς κατάστασης ικανούς να μεταφέρουν ιόντα υδριδίου, αναγνωρίσαμε τη δυνατότητα εφαρμογής αυτών των υλικών σε ηλεκτροχημική αποθήκευση υδρογόνου με υδρίδιο», δήλωσαν οι Matsui και Kanno στο Chemistry World μέσω email.
Είχαν σημειώσει αναφορές υπεριοντικής αγωγιμότητας συνδυάζοντας ιόντα διαφορετικών μεγεθών και ακολουθώντας μια παρόμοια προσέγγιση, κατέληξαν σε μια ένωση που συνδυάζει ιόντα βαρίου, ασβεστίου και νατρίου: BaH2–CaH2–NaH.
Ηλεκτρολύτης σε σύστημα δοκιμών
Τα αρχικά πειράματα χρησιμοποίησαν τον ηλεκτρολύτη σε ένα σύστημα δοκιμών που ήταν τοποθετημένο μεταξύ συλλεκτών ρεύματος μολυβδαινίου και ενός πρόσθετου αγωγιμότητας μαύρου ακετυλενίου, καθώς και ηλεκτροδίων αναφοράς TiH2 και τιτανίου.
Αυτή η διάταξη τους επέτρεψε να προσδιορίσουν το σταθερό «παράθυρο» δυναμικού του στερεού ηλεκτρολύτη και οι Matsui και Kanno λένε ότι είναι το καλύτερο που έχει αναφερθεί ποτέ.
Ανέφεραν επίσης μια ασυνήθιστα υψηλή αγωγιμότητα ιόντων υδριδίου την οποία αποδίδουν στη δομή κυβικού κρυστάλλου (bcc) με επίκεντρο το σώμα του ηλεκτρολύτη στερεάς κατάστασης.
Όπως εξηγούν «το ενεργειακό φράγμα για την ιοντική αγωγιμότητα καθορίζεται κυρίως από τις αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον πλαίσιο».
Επισημαίνουν επίσης ότι τα κατιόντα υψηλής πόλωσης στο πλαίσιο συμβάλλουν στην υψηλή αγωγιμότητα ιόντων, καθώς αυτό μειώνει την απώθηση μεταξύ των κατιόντων και των ιόντων υδριδίου που κινούνται μέσα από αυτά.
Τρόπος δοκιμής δυνατοτήτων αποθήκευσης υδρογόνου
Για να δοκιμάσουν άμεσα τις δυνατότητες αποθήκευσης υδρογόνου, παρήγαγαν ένα στοιχείο με άνοδο υδριδίου μαγνησίου και κάθοδο LaHx.
Με αυτή τη διάταξη να λειτουργεί στους 90°C και εφαρμοζόμενο δυναμικό 0,12V, μπόρεσαν να αποδείξουν τη θεωρητική χωρητικότητα του MgH2 σε 5 κύκλους.
«Αυτή η εργασία, η οποία καταδεικνύει τη νέα δυνατότητα «αποθήκευσης υδρογόνου μέσω ηλεκτροχημικών αντιδράσεων», αποτελεί ένα σημαντικό ορόσημο.
Πιστεύω ότι αυτή η εργασία σηματοδοτεί ένα σημείο καμπής και προσβλέπω σε περαιτέρω πρόοδο στη δημιουργία νέων συσκευών που χρησιμοποιούν υδρίδια», λέει ο Genki Kobayashi (χημικός στο RIKEN στην Ιαπωνία) ο οποίος δεν συμμετείχε άμεσα στην εργασία.
Στη συνέχεια, οι Matsui και Kanno σχεδιάζουν να επικεντρώσουν τις μελλοντικές τους εργασίες στην ανάπτυξη στερεών ηλεκτρολυτών και υλικών ηλεκτροδίων με υψηλότερη ιοντική αγωγιμότητα, παράλληλα με σχέδια συσκευών με χαμηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας και βελτιωμένη ενεργειακή απόδοση.
www.worldenergynews.gr
