Die Forscher des HZG entwickeln Wasserstoff-Tanks auf Leichtmetall-Basis. Das neue Tankkonzept (veröffentlicht im Fachmagazin Nature Scientific Reports) ermöglicht es, den Tank bei Temperaturen unter 180 °C Arbeitstemperatur bis zu fünf Mal schneller zu beladen.

Materialforscher des HZG haben ein neues Wasserstoff-Tank-Konzept entwickelt

Materialforscher des HZG haben ein Wasserstoff-Tank-Konzept entwickelt, das den Tankvorgang etwa um den Faktor 5 beschleunigen soll. ©hadrian_ifeelstock/AdobeStock

Einer der begrenzenden Faktoren für den Einsatz von Wasserstoff ist das Fehlen eines effizienten Speichersystems. Bei den heutigen Brennstoffzellenautos wird H2 in Druckgastanks mit bis zu 700 bar Druck gefüllt, was nicht nur technisch anspruchsvoll, sondern auch teuer ist. Eine vielversprechende Alternative bilden Feststoffspeicher auf Magnesium-Stickstoff-Basis. Magnesiumhydride als Speicher für Wasserstoff bieten einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Drucktanks: Bei gleichem Volumen speichern diese mehr Wasserstoff und damit mehr Energie. Ein Beispiel: Mit 5 kg Waserstoff benötigt ein Hochdrucktank ein Volumen von 122 l, ein Tank auf Basis von Magnesiumhydrid aber nur 46 l. Allerdings sind zum Beladen hohe Temperaturen von etwa 300 °C notwendig.

Nanopartikel aus Kalium und Titanat

Um diese Temperatur zu reduzieren, fügen die Forscher Zusatzstoffe wie beispielsweise Stickstoff hinzu. Dies führt laut Dr. Claudio Pistidda, Materialforscher am HZG und einer der Autoren der Publikation, zu einer massiven Reduzierung der Wasserstoff-Aufnahmekapazität des Systems. Das neue Hydridkomposit-System soll genau dieses Problem lösen. Herkömmlich liegt der Tankvorgang bei Magnesium-Stickstoff-basierten Hydridsystemen bei rund 30 Minuten für 5 kg Wasserstoff. Mit der Kombination zweier Zusatzstoffe – Kalium und Titanat – soll sich der Tankvorgang deutlich beschleunigen bei Temperaturen unterhalb von 180 °C. Beide Materialien werden zu Nanopartikeln gemahlen, was die Oberfläche der einzelnen Partikel vergrößert und sie dadurch in die Lage versetzt, mehr Wasserstoff zu binden.

Generell hängen das Laden und Entladen des Metallhydridspeichers vom Wärmetransport, von der Bewegung des Gases durch das Hydrid sowie von der Reaktionsgeschwindigkeit mit dem Hydrid ab. Die Studie des HZG hat gezeigt, dass Kalium-Lithium-Titanat-Nanopartikel als Katalysatoren das Beladen mit Wasserstoff in einem Magnesium-Stickstoff-System beschleunigen und den Tankvorgang bis zu fünf Mal schneller ablaufen lassen. Die Forscher hoffen, mit den Ergebnissen der Studie konkurrenzfähigen Speichersystemen ein Stück näher gekommen zu sein.