DE102008021420A1

DE102008021420A1 - Verfahren zum Erzeugen von Wasserstoff mit stickstoffhaltigen Wasserstoffspeichermaterialien

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Publication number: DE102008021420A1
Application number: DE102008021420A
Authority: DE
Inventors: Gregory P. Ann Arbor Meisner; Aimee G. Bailey; Michael P. Novi Balogh; Frederick E. Macomb County Pinkerton; Martin S. Southfield Meyer
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-05-03
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: KR101009331B1; CN101298316A; DE102008021420B4; KR20080097959A; US20080274033A1

Abstract

Es werden Verfahren zum Erzeugen von wasserstoffhaltigen Strömen mit einer minimalen Konzentration von gasförmigen reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen, z.B. Ammoniak, vorgesehen. Es werden auch Wasserstoffspeichersysteme vorgesehen, die solche wasserstoffhaltigen Ströme erzeugen. Eine erste Zusammensetzung mit einem Nitrid, eine zweite Zusammensetzung mit einem Hydrid und eine dritte Zusammensetzung mit einem Kation gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Mischungen derselben werden miteinander kombiniert. Der so erzeugte wasserstoffhaltige Strom weist eine minimale Konzentration von gasförmigen reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen auf.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Wasserstoffspeicherzusammensetzungen und insbesondere Verfahren zum Erzeugen von wasserstoffhaltigen Strömen mit solchen Wasserstoffspeicherzusammensetzungen.
Hintergrund
Wasserstoff ist als Energiequelle erwünscht, da er mit Luft sauber reagiert, wobei er Wasser als Nebenprodukt erzeugt. Zum Verbessern der Nützlichkeit von Wasserstoff als Brennstoffquelle, insbesondere bei mobilen Anwendungen, ist es erwünscht, den verfügbaren Energiegehalt pro Volumeneinheit der Speicherung zu steigern. Derzeit erfolgt dies durch herkömmliche Mittel, beispielsweise Speicherung unter hohem Druck, bei tausenden Pfund pro Quadratzoll (PSI), Kühlen auf einen flüssigen Zustand oder Binden von Wasserstoff in einen Feststoff, beispielsweise ein Metallhydrid. Druckbeaufschlagung und Verflüssigung erfordern teure Verarbeitungs- und Speichergeräte.
Das Speichern von Wasserstoff in einem festen Material sieht eine relativ hohe Volumendichte des Wasserstoffs und ein kompaktes Speichermedium vor. In einem Feststoff gespeicherter Wasserstoff ist erwünscht, da er unter geeigneten Temperatur- und Druckbedingungen freigesetzt oder de sorbiert werden kann, wodurch eine steuerbare Wasserstoffquelle vorgesehen wird.
Zusätzlich zum Maximieren der Wasserstoffspeicherkapazität oder des aus dem Material freigesetzten Gehalts ist es vorteilhaft, das Gewicht des Materials zu minimieren, um die gravimetrische Kapazität zu verbessern.
Ferner absorbieren oder desorbieren viele derzeitige Materialien Wasserstoff nur bei sehr hohen Temperaturen und Drücken. Somit ist es erwünscht, ein Wasserstoffspeichermaterial zu finden, das Wasserstoff bei relativ niedrigen Temperaturen und Drücken erzeugt, d. h. freisetzt, und das eine relativ hohe gravimetrische Wasserstoffspeicherdichte aufweist.
Die vorliegende Offenbarung sieht ein verbessertes Verfahren zum Speichern und Freisetzen von Wasserstoff aus Speichermaterialien sowie eine verbesserte Zusammensetzung eines Wasserstoffspeichermaterials vor.
Zusammenfassung
Bei einer Ausgestaltung sieht die Offenbarung ein Verfahren zum Freisetzen von Wasserstoff vor. Das Verfahren umfasst das Kombinieren einer ersten Zusammensetzung, die ein Nitrid mit einem oder mehreren Kationen außer Wasserstoff umfasst, einer zweiten Zusammensetzung, die ein Hydrid mit einem oder mehreren Kationen außer Wasserstoff umfasst, und einer dritten Zusammensetzung, die eine Verbindung mit einem Kation gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Mischungen derselben umfasst. Ein wasserstoffhaltiger Strom mit einer minimalen Konzentration an gasförmigen reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen wird erzeugt.
Bei einer anderen Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines wasserstoffhaltigen Gasstroms vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Vorsehen eines Wasserstoffspeichersystems, das aus hydrierten Ausgangsmaterialien gebildet wird, welche umfassen: eine erste Zusammensetzung, die ein Nitrid mit einem oder mehreren Kationen außer Wasserstoff aufweist, eine zweite Zusammensetzung, die ein Hydrid mit einem oder mehreren Kationen außer Wasserstoff aufweist, und eine dritte Zusammensetzung, die eine Verbindung mit einem Kation gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Mischungen derselben umfasst. Wasserstoff wird von dem Wasserstoffspeichersystem mittels einer Dehydrierungsreaktion erzeugt, wobei der wasserstoffhaltige Gasstrom den so erzeugten Wasserstoff mit einer minimalen Konzentration an reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen umfasst.
Bei einer noch anderen Ausgestaltung sieht die Offenbarung ein Wasserstoffspeichersystem mit einem Material vor, das aufweist:

(a) einen hydrierten Zustand, der Wasserstoff freisetzen kann und aus Ausgangsmaterialien gebildet ist, die umfassen: eine erste Zusammensetzung mit einem Nitrid, das ein oder mehrere Kationen außer Wasserstoff aufweist; eine zweite Zusammensetzung mit einem Hydrid, das ein oder mehrere Kationen außer Wasserstoff aufweist; und eine dritte Zusammensetzung mit einer Verbindung, die ein Alkalimetallkation, ein Erdalkalimetallkation und Mischungen derselben aufweist; und
(b) einen dehydrierten Zustand, der nach Freisetzen von Wasserstoff aus dem hydrierten Zustand gebildet wird und der umfasst: ein oder mehrere Nebenproduktzusammensetzungen mit: Stickstoff und mindestens einem des einen Kations oder der mehreren Kationen außer Wasserstoff, die aus dem Nitrid gewonnen sind und aus dem Hydrid gewonnen sind, und das

Erdalkalimetallkation bzw. Mischungen derselben, wobei die eine bzw. die mehreren Nebenproduktzusammensetzungen sich in einem festen und/oder flüssigen Zustand befinden.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung gehen aus der nachstehend vorgesehenen eingehenden Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die eingehende Beschreibung und spezifischen Beispiele zwar die bevorzugte Ausgestaltung der Offenbarung zeigen, aber nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der Offenbarung nicht beschränken sollen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der eingehenden Beschreibung und der Begleitzeichnungen besser verständlich. Hierbei zeigen:
1 den relativen Gewichtsverlust von Wasserstoff und Ammoniak aus einem kombinierten Wasserstoffspeichersystem, das eine kugelgemahlene Mischung einer stabilen Zwischenproduktverbindung (Li₃BN₂H₈) und LiH umfasst, wenn die Temperatur auf 350°C angehoben und dann konstant gehalten wird, verglichen mit einer relativen Molkonzentration von LiH; und
2 ein Diagramm einer Teil-Li-B-N-H-Phase.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende Offenbarung enthält Ausgestaltungen, die lediglich beispielhafter Natur sind und die Offenbarung, ihre Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten in keiner Weise beschränken sollen.
Bei einer Ausgestaltung sieht die vorliegende Offenbarung Verfahren zum Speichern und Freisetzen von Wasserstoff vor, während die Bildung von reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen verringert, bekämpft und/oder unterbunden wird. Reaktive stickstoffhaltige Verbindungen umfassen alle unerwünschten gasförmigen Verbindungen, die ein Stickstoffatom, beispielsweise Ammoniak (NH₃), umfassen, aber träge stickstoffhaltige Verbindungen wie Stickstoffgas (N₂) ausschließen. Bestimmte erwünschte Wasserstoffspeichermaterialien umfassen u. a. Stickstoff, der potentiell solche reaktiven stickstoffhaltigen Produkte bilden kann. Viele Anwendungen, die Wasserstoff verwenden, haben aber eine geringe Toleranz gegenüber dem Vorhandensein von Ammoniak und anderen derartigen reaktiven Verbindungen. Bei Brennstoffzellen, die Wasserstoff als Reaktand verwenden, kann Ammoniak zum Beispiel Brennstoffzellenkatalysatoren vergiften und weiterhin aufgrund seiner Reaktivität andere Komponenten des Brennstoffzellensystems verschlechtern. Somit wird bevorzugt, Wasserstoff aus verschiedenen stickstoffhaltigen Wasserstoffspeichermaterialien freizusetzen, während die Erzeugung von gasförmigen reaktiven stickstoffhaltigen Produkten minimiert und/oder eliminiert wird, wodurch die Reinheit der wasserstoffhaltigen Gasströme verbessert wird, die durch solche Wasserstoffspeichermaterialien erzeugt werden.
Bei verschiedenen Ausgestaltungen umfassen die Wasserstoffspeichermaterialien ein Stickstoffatom. In bestimmten Ausgestaltungen werden bevorzugte Wasserstoffspeichermaterialsysteme aus hydrierten Ausgangs materialien gebildet, die drei verschiedene Zusammensetzungen umfassen. Die Begriffe „Zusammensetzung" und „Material", so wie sie hierin verwendet werden, werden austauschbar zur breiten Bezeichnung einer Substanz verwendet, die mindestens die bevorzugte chemische Verbindung enthält, die aber auch zusätzliche Substanzen oder Verbindungen, einschließlich Verunreinigungen, enthalten kann. Somit wird in bestimmten Ausgestaltungen ein Wasserstoffspeichersystem durch Kombinieren einer ersten Zusammensetzung, einer zweiten Zusammensetzung und einer zusätzlichen dritten Zusammensetzung miteinander gebildet. Die erste Zusammensetzung umfasst ein Nitrid mit einem oder mehreren Kationen außer Wasserstoff. Die zweite Zusammensetzung umfasst ein Hydrid mit einem oder mehreren Kationen außer Wasserstoff, und die dritte Zusammensetzung umfasst eine Verbindung mit einem aus der Gruppe bestehend aus: Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Mischungen derselben gewählten Kation.
Nitridverbindungen, so wie sie hierin verwendet werden, umfassen wie vorstehend beschrieben stickstoffhaltige Verbindungen mit einer oder mehreren kationischen Spezies und Wasserstoff. Der Begriff „Nitrid" umfasst breit Verbindungen, die Amide (NH₂-Gruppe), Imide oder Nitrene (NH-Gruppe) und Azide (N₃-Gruppe) umfassen.
In manchen Ausgestaltungen wird das Nitrid bevorzugt durch die allgemeine Formel MIII^f(NH_e) –c / g dargestellt, wobei MIII eine kationische Spezies außer Wasserstoff darstellt, N Stickstoff darstellt, H Wasserstoff darstellt, f einen mittleren Valenzzustand von MIII darstellt, c = (3 – e), g = f/c und (e x g) das Atomverhältnis von Wasserstoff zur kationischen Spezies (d. h. MIII) in der Nitridverbindung darstellt.
Metallhydridverbindungen, so wie sie hierin verwendet werden, umfassen solche Verbindungen, die ein oder mehrere Kationen außer Wasserstoff aufweisen. Bei bestimmten bevorzugten Ausgestaltungen umfasst das Hydrid ein komplexes Metallhydrid, das zwei oder mehr verschiedene Kationen außer Wasserstoff umfasst.
Bei bestimmten Ausgestaltungen wird das Hydrid bevorzugt durch die allgemeine Formel MI^a(MIIH_b)_a dargestellt, wobei MI eine erste kationische Spezies außer Wasserstoff darstellt, MII eine zweite kationische Spezies außer Wasserstoff darstellt, a einen mittleren Valenzzustand von MI darstellt und
ein Atomverhältnis von Wasserstoff zur kationischen Spezies (d. h. MI und MII) in der Hydridverbindung darstellt. Bei bestimmten Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass MI und MII unterschiedliche Spezies sind, die das komplexe Metallhydrid bilden. Bei manchen Ausgestaltungen kann die Metallhydridverbindung ein oder mehrere Kationen aufweisen, die aus einer einzigen kationischen Spezies gewählt werden (d. h. MI und MII sind die gleiche kationische Spezies).
Es versteht sich, dass in der vorliegenden Offenbarung MI, MII und MIII der zuvor beschriebenen Nitrid- und Hydridverbindungen jeweils eine kationische Spezies oder eine Mischung von kationischen Spezies außer Wasserstoff darstellen. Geeignete Beispiele für solche Kationen umfassen Metallkationen, Nichtmetallkationen, beispielsweise Bor, und Nichtmetallkationen, die organisch sind, wie CH₃. Spezies, die bevorzugte Nitride, Hydride und Mischungen von Kationen in der Art von Verbindungen der vorliegenden Offenbarung bilden, sind wie folgt. Bevorzugte kationische Spezies umfassen im Allgemeinen: Aluminium (Al), Arsen (As), Bor (B), Ba rium (Ba), Beryllium (Be), Calcium (Ca), Cadmium (Cd), Cerium (Ce), Caesium (Cs), Kupfer (Cu), Europium (Eu), Eisen (Fe), Gallium (Ga), Gadolinium (Gd), Germanium (Ge), Hafnium (Hf), Quecksilber (Hg), Indium (In), Kalium (K), Lanthan (La), Lithium (Li), Magnesium (Mg), Mangan (Mn), Natrium (Na), Neodym (Nd), Nickel (Ni), Blei (Pb), Praseodym (Pr), Rubidium (Rb), Antimon (Sb), Scandium (Sc), Selen (Se), Silicium (Si), Samarium (Sm), Zinn (Sn), Strontium (Sr), Thorium (Th), Titan (Ti), Thallium (Tl), Wolfram (W), Yttrium (Y), Ytterbium (Yb), Zink (Zn) und Zirkon (Zr) sowie organische Kationen, die (CH₃)-Methylgruppen umfassen.
MI, MII und MIII werden sowohl in den Nitrid- als auch in den Metallhydridverbindungen unabhängig gewählt, und jedes kann unterschiedlich sein, oder zwei oder mehr beliebige können die gleiche kationische Spezies sein. Bei bestimmten bevorzugten Ausgestaltungen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind MI und MIII sowohl in dem Nitrid als auch dem Metallhydrid die gleiche kationische Spezies; es liegt aber im Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung, unterschiedliche kationische Spezies für das MI des Nitrids und das MIII des Metallhydrids zu haben. Ferner kann wie vorstehend erläutert MII gleich dem MI in dem Metallhydrid sein, was ein Metallhydrid mit einer einzigen kationischen Spezies erzeugt.
Bei Nitridverbindungen umfassen bevorzugte kationische Spezies Al, B, Ca, Li, Na, K, Be, Sr und Mg. Besonders bevorzugte Nidridverbindungen nach der vorliegenden Offenbarung umfassen die folgenden nicht einschränkenden Beispiele: Lithiumamid (LiNH₂), Natriumamid (NaNH₂), Lithiumnitrid (Li₃N), Borazan, auch als Bor-Ammoniak-Komplex bekannt, (BNH₆), Lithiumazid (LiN₃), Magnesiumamid (Mg(NH₂)₂), Magnesiumimid (MgNH) und Mischungen derselben.
Besonders bevorzugte Kationen für Hydride umfassen Kationen gewählt aus der Gruppe: Al, B, Ca, Li, Na, Mg, K, Be, Rb, Cs, Sr und Mischungen derselben. Bevorzugte Metallhydride nach der vorliegenden Offenbarung umfassen die folgenden nicht einschränkenden Beispiele: Lithiumhydrid (LiH), Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH₄), Natriumboronat (NaBH₄), Lithiumboronat (LiBH₄), Magnesiumboronat (Mg(BH₄)₂) und Natriumaluminiumhydrid (NaAlH₄).
Die dritte Zusammensetzung umfasst eine Verbindung mit einem Kation gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Mischungen derselben. Bei bestimmten Ausgestaltungen besteht die dritte Zusammensetzung im Wesentlichen aus einer Alkali- oder Erdalkalimetallverbindung (z. B. Lithium oder Calcium). Bei anderen Ausgestaltungen ist eine bevorzugte Verbindung ein Hydrid, das ein Kation gewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Mischungen derselben umfasst.
Bei manchen Ausgestaltungen wird die Verbindung der dritten Zusammensetzung bevorzugt durch die Formel (MIIIIH_h)) dargestellt, wobei h ein Atomverhältnis von Wasserstoff in der Verbindung der dritten Zusammensetzung darstellt und von 0 bis etwa 2 reicht. In bestimmten Ausgestaltungen wird ein bevorzugtes Kation MIIII aus der Gruppe bestehend aus Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca) und Mischungen derselben gewählt. Bei bestimmten Ausgestaltungen sind besonders bevorzugte Kationen für MIIII Li, Na und Mischungen derselben. Bei manchen Ausgestaltungen umfasst die dritte Zusammensetzung bevorzugt eine Li umfassende Verbindung.
Bei bestimmten Ausgestaltungen umfasst die dritte Zusammensetzung eine Verbindung gewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumhydrid (LiH), Natriumhydrid (NaH), Magnesiumhydrid (MgH₂), Berylliumhydrid (BeH₂) und Mischungen derselben. Bei manchen Ausgestaltungen umfasst die bevorzugte dritte Zusammensetzung Magnesiumhydrid (MgH₂). Bei anderen Ausgestaltungen umfasst die dritte Zusammensetzung bevorzugt Lithiumhydrid (LiH).
Somit umfasst das Wasserstoffspeichersystem in verschiedenen Ausgestaltungen ein Wasserstoffspeichermaterial mit einem hydrierten Zustand und einem dehydrierten Zustand. Der hydrierte Zustand wird durch Ausgangsmaterialien gebildet, die eine Nitrid umfassende erste Zusammensetzung, eine Hydrid umfassende zweite Zusammensetzung und eine ein Alkalimetallkation, ein Erdalkalimetallkation oder beides umfassende dritte Zusammensetzung umfassen. Es wurde in manchen Fällen festgestellt, dass solche stickstoffhaltigen Wasserstoffspeichersysteme eine Dehydrierungsreaktion durchlaufen, um Wasserstoff freizusetzen, aber unter bestimmten Bedingungen kann diese Reaktion auch gleichzeitig eine unerwünschte Konzentration an reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen wie Ammoniak erzeugen. Gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung umfassen solche Wasserstoffspeichermaterialsysteme eine dritte Zusammensetzung. Es wurde entdeckt, dass die dritte Zusammensetzung zum Verringern einer Konzentration und/oder zum Verhindern der Bildung von Ammoniak oder anderer ähnlicher reaktiver stickstoffhaltiger Nebenprodukte während der Dehydrierungsreaktion dient, was das Erzeugen eines wasserstoffhaltigen Gases ermöglicht, das eine minimale Konzentration reaktiver stickstoffhaltiger Verbindungen aufweist.
Bei bestimmten Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass der wasserstoffhaltige Gasstrom, der durch das Wasserstoffspeichersystem erzeugt wird, eine minimale Konzentration an gasförmigen reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen aufweist, nämlich weniger als etwa 2 Gew-% und optional weniger als 1 Gew.-% der stickstoffhaltigen reaktiven Verbindungen in dem Strom. Bei anderen Ausgestaltungen beträgt die Menge der stickstoffhaltigen reaktiven Verbindung weniger als etwa 0,5 Gew.-%. Bei bestimmten Ausgestaltungen ist ein wasserstoffhaltiges Gas, das durch eine Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeichermaterial freisetzende Reaktion erzeugt wird, im Wesentlichen frei von reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen. „Im Wesentlichen frei" soll bedeuten, dass die Verbindung in dem Maße nicht vorhanden ist, dass sie nicht detektiert werden kann oder dass sie, falls die Verbindung vorhanden ist, keine unzulässige schädliche Wirkung verursacht und/oder die Gesamtverwendung des Stroms für seine gedachte Nutzung verhindert. Bei manchen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Konzentration einer stickstoffhaltigen reaktiven Verbindung weniger als etwa 5.000 Teile pro Million (ppm), optional weniger als etwa 1.000 ppm, optional weniger als etwa 500 ppm, optional weniger als etwa 100 ppm und bei manchen Ausgestaltungen weniger als etwa 50 ppm beträgt.
Bei manchen Ausgestaltungen können die Nitrid- und Hydridausgangsmaterialien der ersten bzw. zweiten Zusammensetzung miteinander reagieren, um ein Wasserstoffspeicherzusammensetzungsmaterial zu bilden, das ein stabiles Zwischenprodukt (SI) ist. Bei solchen Ausgestaltungen umfasst der hydrierte Zustand des Wasserstoffspeichermaterials bevorzugt mindestens einen Teil einer gebildeten SI-Verbindung. Die Bildung einer solchen SI-Verbindung hängt von den einzelnen chemischen Eigenschaften des Metallhydrids und des Nitrids ab, die in der ersten und zweiten Zusammensetzung gewählt werden, und wird daher bei bestimmten bevorzugten Reaktionen thermodynamisch am stärksten begünstigt, wie nachstehend eingehender beschrieben wird. Die SI-Wasserstoffspeicherzusammensetzung durchläuft weiterhin eine Zerset zungs- oder Dehydrierungsreaktion, bei der der gespeicherte Wasserstoff freigesetzt wird. Die Produkte dieser Zersetzungsreaktion sind Wasserstoff und eine oder mehrere Nebenproduktverbindungen, die Stickstoff umfassen, und das eine oder mehrere Kationen außer Wasserstoff, die sowohl aus der Nitridverbindung als auch aus der Hydridverbindung gewonnen werden. Solche Nebenproduktverbindungen können Ammoniak oder andere gasförmige reaktive stickstoffhaltige Verbindungen umfassen.
Bei bestimmten Ausgestaltungen wird eine stabile Zwischenprodukt-Wasserstoffspeicherverbindung in dem, wie man glaubt, folgenden allgemeinen Reaktionsmechanismus gebildet: A MI^a(MIIH_b)_a + BMIII^f(NH_e) –c / g → M'_xM''_yN_zH_d → MI_AMII_(A×a)MIII_BN_(B×g) + D H₂ wobei
Auch wenn man nicht auf eine bestimmte Theorie beschränkt sein möchte, ist bekannt, dass eine neuartige feste quaternäre Zwischenproduktverbindung auftritt, bei der das Metallhydrid ein oder mehrere M'-Kationen gewählt als Li aufweist, und die, wie man allgemein meint, auftritt, wenn M' aus der Gruppe bestehend aus Li, Ca, Na, Mg, K, Be und Mischungen derselben gewählt wird, und bei der M'' eine Kationenverbindung umfasst, die ein Element der Gruppe 13 aus der IUPAC-Periodentafel umfasst. Wenn die neuartige SI-Wasserstoffspeicherzusammensetzung gebildet wird, wird eine solche Zusammensetzung durch die allgemeine Formel M'_xM''_yN_zH_d dargestellt, wobei N Stickstoff ist und H Wasserstoff ist. Wie in dem vorstehenden Mechanismus beobachtet werden kann, durchläuft eine solche Verbindung einen idealen Zersetzungsreaktionsmechanismus, um einen dehydrierten Zustand zu bilden, bei dem ein oder mehrere Zersetzungsnebenprodukte, allgemein durch die Formel MI_AMII_(A×a)MIII_bN_(B×g) dargestellt, zusätzlich zu einem Wasserstoffprodukt, dargestellt durch die allgemeine Formel D H₂, gebildet werden. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, können solche Nebenproduktzusammensetzungen andere Produkte, beispielsweise gasförmige reaktive stickstoffhaltige Produkte, umfassen. Zu beachten ist, dass M' und M'' aus den MI-, MII- und MIII-Kationen gebildet werden, die in den Reaktanden vorhanden sind, und ein oder mehrere Kationen, einschließlich Mischungen derselben, umfassen können. Bevorzugt sind die MI- und MIII-Kationen die gleichen und bilden das M'. Weiterhin ist bei bestimmten Ausgestaltungen x größer als etwa 50 und kleiner als etwa 53; y ist größer als etwa 5 und kleiner als etwa 34; z ist größer als etwa 16 und kleiner als etwa 45; d = 2D ist größer als etwa 110 und kleiner als etwa 177; und M', M'', x, y, z und d werden so gewählt, dass eine Elektroneutralität der Verbindung gewahrt wird.
Wenn die SI-Wasserstoffspeicherzusammensetzung (dargestellt durch die allgemeine Formel M'_x M''_y N_zH_d) gebildet wird, ist es bei manchen Ausgestaltungen bevorzugt, dass ein Alkalimetallhydrid mit einem Alkalinitrid reagiert wird. Ein bevorzugtes Beispiel ist, wenn das Lithium die kationische Alkalimetall-Spezies ist. Die Formeleinheit (und entsprechenden Atomverhältnisse) der Zwischenproduktverbindung wird am besten durch Li_xB_yN_zH_d ausgedrückt, wobei bevorzugte Bereiche für x größer als etwa 50 und kleiner als etwa 53 sind; bevorzugte Bereiche für y größer als etwa 5 und kleiner als etwa 34 sind, bevorzugte Bereiche für z größer als etwa 16 und kleiner als etwa 45 und bevorzugte Bereiche für d größer als etwa 110 und kleiner als etwa 177 sind. Weiterhin werden x, y, z und d so gewählt, dass die Elektroneutralität der Wasserstoffspeicher-Zwischenproduktverbindung gewahrt wird. Die SI-Wasserstoffspeicherverbindung kann durch die vereinfachte allgemeine Formel Li_qB_rN_sH_t dargestellt werden, bei der die Atomverhältnisse durch die folgenden Beziehungen ausgedrückt werden können: q/r ist etwa 3; s/r ist etwa 2; und t/r ist etwa 8. Somit kann das mittlere Atomverhältnis eines bevorzugten SI durch die symbolische allgemeine Formel Li₃BN₂H₈ ausgedrückt werden. Bei bestimmten Ausgestaltungen sind die Verbindungen, die die Lithium-SI-Verbindung bilden, ein Lithiumhydrid, das mit einem Lithiumnitrid reagiert wurde. Solche Lithiumhydride können zum Beispiel LiAlH₄, LiH und LiBH₄ umfassen. Lithiumnitride können LiNH₂, Li₃N, BNH₆ und LiN₃ umfassen.
Bei einer Ausgestaltung sind die Reaktanden für die Reaktion, die die Li_xB_yN_zH_d Wasserstoffspeicherzusammensetzung bildet, Lithiumamidverbindung und Lithiumboronatverbindung. Die bevorzugte Stöchiometrie in der folgenden Reaktion A LiBH₄ + B LiNH₂ → Li_xB_yN_zH_d ist bevorzugt ein stöchiometrisches Verhältnis von Nitrid zu Metallhydrid (A:B) von etwa 0,5 (z. B. 1:2) bis etwa 3 (z. B. 3:1). Besonders bevorzugte stöchiometrische Verhältnisse von A:B sind solche, bei denen A etwa 1 ist und B zwischen etwa 2 bis etwa 2,25 liegt, was einem x von etwa 50, einem y von etwa 15 bis etwa 17, einem z von etwa 33 bis etwa 35 und einem d von etwa 130 bis etwa 134 entspricht. Bei dieser Reaktion liegt die Temperatur zur Bildung bei Umgebungsdruck bei etwa 85°C bis etwa 95°C.
Solche stickstoffhaltigen Wasserstoffspeichermaterialien werden in der U.S. Patentanmeldung Serien-Nr. 10/789,899, eingereicht am 27. Februar 2004, an Pinkerton, et al., offenbart, deren Offenlegung durch Verweis in ihrer Gesamtheit übernommen wird.
Das SI-Wasserstoffspeichermaterial ist bevorzugt in einer festen Phasenform und am bevorzugtesten in einer einzelnen festen Phasenform. Die SI-Wasserstoffspeicherzusammensetzung umfasst bevorzugt Wasserstoff, Stickstoff und mindestens eines des einen oder der mehreren Kationen außer Wasserstoff, die aus dem Nitrid bzw. Hydrid gewonnen werden. Somit sieht die Offenbarung in verschiedenen Ausgestaltungen Verfahren zum Freisetzen von Wasserstoff aus Wasserstoffspeichermaterialien vor, die eine quaternäre SI-Wasserstoffspeicherzusammensetzung umfassen. Die vorstehend beschriebene Reaktion zwischen den Nitrid- und Hydridverbindungen bildet das stabile quaternäre Zwischenprodukt (die neuartige Wasserstoffspeicherverbindung). Wasserstoff kann bei Umgebungsbedingungen in der gebildeten SI-Verbindung stabil gespeichert werden. Wenn die Freisetzung des Wasserstoffs erwünscht ist, werden Wärme und/oder Druck angelegt, um eine Dehydrierungsreaktion zu erleichtern, bei der Wasserstoffgas aus der quaternären SI-Wasserstoffspeicherverbindung freigesetzt wird und ein oder mehrere Zersetzungsnebenprodukte gebildet werden.
Bei einer anderen Ausgestaltung sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Freisetzen und Erzeugen von Wasserstoff durch Kombinieren von Ausgangsmaterialien, die die erste, zweite und dritte Zusammensetzung umfassen, vor. Bei manchen Ausgestaltungen scheinen die Ausgangsmaterialien zu reagieren, um Wasserstoff direkt zu bilden, statt ein stabiles Zwischenprodukt zu bilden. Ob sich das SI wie vorstehend beschrieben bildet, hängt von der Thermodynamik jeder Reaktion ab. Das SI scheint sich in manchen Reaktionen nicht zu bilden, entweder aufgrund von Instabilität eines Zwischenprodukts, das sich bilden kann, oder da die Reaktion kein Zwischenprodukt zu erzeugen scheint; vielmehr schreitet die Reaktion in diesen Fällen direkt zu den Endreaktionsprodukten (d. h. zu Wasserstoff und der einen oder den mehreren im Wesentlichen dehydrierten Nebenproduktverbindungen) vor. Wie hierin erwähnt zeigt der Ausdruck „im Wesentlichen" bei Verwenden bei einer Eigenschaft oder einer Fähigkeit einer Zusammensetzung oder eines Verfahrens dieser Offen barung an, dass es eine Abweichung der Eigenschaft geben kann, ohne dass dies eine wesentliche Wirkung auf die chemischen oder physikalischen Merkmale der Zusammensetzung oder des Verfahrens hat.
Ohne Beschränkung auf die vorliegende Offenbarung meint man, dass der Großteil des aus dem Speichermaterialsystem erzeugten Wasserstoffs aus einer Reaktion zwischen dem Nitrid und Hydrid erzeugt wird. Wie vorstehend beschrieben erzeugt eine solche Reaktion, wie man meint, unter bestimmten Bedingungen gasförmige reaktive stickstoffhaltige Verbindungen. Man meint, dass ein solches Ammoniak oder andere durch die Zersetzungsreaktion gebildete stickstoffhaltige Produkte dann mit der dritten Zusammensetzung reagiert werden, um Nebenprodukte einer festen und/oder flüssigen Phase zu bilden, die Stickstoff umfassen, wodurch das stickstoffhaltige Nebenprodukt bzw. die stickstoffhaltigen Nebenprodukte in dem Wasserstoffspeichermaterialsystem gehalten werden. Man meint, dass ein solches Nebenprodukt typischerweise die Form eines Amids annimmt, wenngleich ein solches Amid weiterhin Wasserstoff freisetzen kann, um ein Imidnebenprodukt und/oder Mischungen von Imiden und/oder Amiden zu bilden. Ein solches Nebenprodukt wird als „Amid" bezeichnet, doch versteht sich, dass es Imide oder Mischungen von Amiden und Imiden umfassen kann. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, kann die innige Mischung von Reaktanden in dem Wasserstoffspeichersystem die Bildung einer Vielzahl von Nebenproduktverbindungen und Phasen erleichtern, die in dem gesamten Wasserstoffspeichermaterialsystem dispergiert sein können.
Somit meint man, dass nach einer Ausgestaltung die allgemeine Reaktion zum Freisetzen von Wasserstoff mittels Reaktion einer ersten Nitridzusammensetzung, einer zweiten Hydridzusammensetzung und einer dritten Zusammensetzung nach den folgenden Mechanismen abläuft, die im Wesentlichen gleichzeitig nach Einleiten der ersten Reaktion erfolgen können:

(1) A MI^a(MIIH_b)_a + B MIII^f(NH_e)_g ^–c + E MIIII^hH_h → MI_AMII_(A×a)MIII_BN_(B×g)-x + E MIIII^hH_h + x NH₃ + (D – 3/2 x)H₂ wobei
(2) E MIIII^hH_h + x NH₃ → x/m MIIII^h(NH_k)_m ^–j + (E – x/m) MIIII^hH_h + G H₂ wobei

Die Gesamtreaktion ist:

(3) A MI^a(MIIH_b)_a + B MIII^f(NH_e)_g ^–c + E MIIII^hH_h → MI_AMII_(A×a)MIIIBN_(B×g)-x + x/m MIIII^h(NH_k)_m ^–j + (E – x/m) MIIII^hH_h + (D + G – 3/2 x) H₂.

Die gesamte Menge an Wasserstoff wird ausgedrückt durch H₂ = z = D – 3/2 x + G = D – 3/2 x + (3 – k) x = D + (3/2 – k) x wobei a, b, c, e, f, g, h, x, A, j, D, E, G, m und B so gewählt werden, dass Elektroneutralität gewahrt wird. Zu beachten ist, dass die Nebenproduktverbindung MI_AMII_(A×a)MIII_BN_(B×g)-x das Zersetzen in kleinere und/oder verschiedene Nebenproduktverbindungen thermodynamisch begünstigen kann. Diese weiteren Nebenprodukte werden aus den gleichen allgemeinen Bestandteilen wie beim primären Nebenprodukt gebildet, doch weisen sie abhängig von der betroffenen kationischen Spezies unterschiedliche Valenzzustände, Atomverhältnisse und/oder Stöchiometrie auf, wie für den Fachmann erkennbar ist. Solche zusätzliche verschiedene Nebenpro duktverbindungen können Metallhydride umfassen, die die Gesamtmenge des als (D – 3/2 x) H₂ ausgelegten erzeugten Wasserstoffs geringfügig verringern. Ferner meint man, wie vorstehend erwähnt, dass eines der gebildeten Nebenprodukte Amid und optional ein Imid oder Mischungen derselben ist. Man meint, dass dieses Nebenprodukt durch Reaktion von Ammoniak (während der Reaktion zwischen dem Nitrid und Hydrid gebildet) mit der dritten Zusammensetzung (z. B. einem zweiten Hydrid) auftritt.
Dieses Amidnebenprodukt ist optional eine feste und/oder eine flüssige Phase und ist in den gesamten anderen Nebenproduktphasen dispergiert, die in der Reaktion gebildet werden. Somit ist bei bestimmten Ausgestaltungen das dehydrierte Wasserstoffspeichersystem ein Mehrphasenmaterial, das mindestens zwei verschiedene Phasen von Nebenprodukten umfasst. Die Phasen sind wie nachstehend eingehend erläutert in einem einzelnen Speichersystem innig gemischt. Die Bildung des Amid- und/oder Imidprodukts in dem Wasserstoffspeichersystem erzeugt ein stickstoffhaltiges Nebenprodukt, wodurch die Bildung von Ammoniak eliminiert wird, erzeugt aber auch eine Nebenproduktverbindung, die das gesamte Wasserstoffspeichermaterial durchsetzt, das im Allgemeinen für seine Fähigkeit zum reversiblen Speichern von Wasserstoff bekannt ist. Somit wird durch Hemmen und/oder Verringern der Ammoniakfreisetzung die Menge an freigesetztem Wasserstoff verglichen mit der Menge an Wasserstoff, die bei Fehlen der dritten Zusammensetzung freigesetzt wird, vergrößert. Diese Verringerung der Ammoniakfreisetzung verlangsamt auch die Rate einer irreversiblen Degradation des Speichermaterials mit jedem Hydrierzyklus durch Zurückhalten des Stickstoffs in den Wasserstoffspeichermaterialien, statt ihn in die gasförmigen Nebenprodukte entweichen zu lassen.
Somit sieht die vorliegenden Offenbarung bei bestimmten bevorzugten Ausgestaltungen zwei verschiedene physikalische Zustände vor, einen, bei dem Wasserstoff „gespeichert" wird, und einen anderen im Anschluss an die Wasserstofffreisetzung. Wenn die Ausgangsreaktanden ohne Bilden eines SI reagieren, entspricht der hydrierte Speicherzustand den Reaktanden (d. h. da kein stabiles hydriertes Zwischenprodukt gebildet wird) und die Nebenproduktverbindung(en) entspricht/entsprechen dem dehydrierten Zustand. Wenn die Ausgangsreaktanden ein SI bilden, bezieht sich der hydrierte Zustand auf das System, das ein solches SI sowie u. a. die dritte Zusammensetzung umfasst. Die Nebenproduktverbindungen entsprechen analog dem dehydrierten Zustand.
Beispiele für Reaktionen, die, wie man mein, eine SI-Wasserstoffspeicherzusammensetzung bilden, umfassen:

(1) LiBH₄ + 2 LiNH₂ + c LiH → Li₃BN₂H₈ + c LiH → Li₃BN_(2-x) + x LiNH₂ + (c – x) LiH + zH₂.

Zu beachten ist, dass bei Umständen, da stickstoffhaltige reaktive Verbindungen wie Ammoniak gebildet werden, dies die tatsächlich erzeugte Wasserstoffmenge verringert, was demgemäß die tatsächliche Menge erzeugten Wasserstoffs signifikant verringern kann. Bei dieser Reaktion durchläuft eine stabile Zwischenprodukt-Wasserstoffspeicherverbindung, Li₃BN₂H₈, eine Dehydrierungsreaktion, was x Mol Ammoniak (NH₃) erzeugt, wobei z = (4 – x/2) und c von Null bis etwa 5 Mol reicht. Die dritte Zusammensetzung in der vorliegenden Ausgestaltung wird als LiH gezeigt; andere beispielhafte dritte Zusammensetzungen können aber NaH, MgH₂, BeH₂ und dergleichen umfassen. Nachstehend werden beispielhafte Reaktionen mit Lithiumhydrid, Natriumhydrid und Magnesiumhydrid vorgesehen.
Somit ist ein ähnliches Wasserstoffspeichermaterialsystem

(2) LiBH₄ + 2 LiNH₂ + c NaH → Li₃BN₂H₈ + c NaH → Li₃BN_(2-x) + x NaNH₂ + (c – x) NaH + zH₂, wobei z = (4 – x/2), wobei Li₃BN₂H₈ eine Dehydrierungsreaktion durchläuft, die x Mol NH₃ erzeugt, und wobei c von Null bis etwa 5 Mol reicht. Analog ist ein weiteres Wasserstoffspeichermaterialsystem
(3) LiBH₄ + 2 LiNH₂ + c MgH₂ → Li₃BN₂H₈ + c MgH₂ → Li₃BN_(2-x) + x/2 Mg(NH₂)₂ + (c – x/2) MgH₂ + zH₂, wobei z = (4 – x/2), wobei Li₃BN₂H₈ eine Dehydrierungsreaktion durchläuft, die x Mol NH₃ Ammoniak erzeugt und wobei c von Null bis etwa 5 Mol reicht.
(4) LiAlH₄+ 2 LiNH₂ + c LiH → Li₃AlN_(2-x) + x LiNH₂ + (c – x) LiH + zH₂, was x Mol Ammoniak (NH₃) erzeugt, wobei z = (4 – x/2) und c von Null bis etwa 5 Mol reicht.

Eine andere ähnliche Reaktion ist

(5) LiAlH₄ + 2 LiNH₂ + c NaH → Li₃AlN_(2-x) + x NaNH₂+ (c – x) NaH + zH₂, wobei z = (4 – x/2) und c von etwa Null bis etwa 5 Mol reicht.

Analog ist ein ähnliches Wasserstoffspeichermaterial

(6) LiAlH₄ + 2 LiNH₂ + c MgH₂ → Li₃AlN_(2-x) + x/2 Mg(NH₂)₂ + (c – x/2) MgH₂ + zH₂, wobei, z = (4 – x/2), wobei c von Null bis etwa 5 Mol reicht.

Andere nicht einschränkende Beispiele von alternative bevorzugten Ausgestaltungen, bei denen eine Wasserstofferzeugung auftritt, bei denen aber eine stabile SI-Wasserstoffspeicherzusammensetzung zwar möglich ist, deren Bilden aber vor der Reaktion der Wasserstofffreisetzung/Hydriderzeugung (beruhend auf vorhergesagter Thermodynamik) weniger favorisiert wird, umfassen die folgenden beispielhaften Reaktionen:

(7) NaBH₄ + 2 NaNH₂ + c MIIII^hH_h → Na₃BN_(2-x) + x/h MIIII^h(NH₂)_h + (C – x/h) MIIII^hH_h + z H₂, wobei eine vorhergesagte Zwischenproduktverbindung Na₃BN₂H₈ ist und wobei z = (4 – x/2), wobei c von Null bis etwa 5 Mol reicht.
(8) Mg(BH₄)₂ + 5 Mg(NH₂)₂ + (c) MIIII^hH_h → 2 Mg₃BN_(3-x) + (4 + 2x)/h MIIII^h(NH₂)_h + (c – (4 + 2x)/h) MIIII^hH_h + z H₂, was ein Nebenprodukt der kationischen Spezies bildet: Magnesiumborazid Mg₃BN₃, und wobei z = 12 – x und c von Null bis etwa 5 Mol reicht.
(9) Mg(BH₄)₂ + 6 Mg(NH₂)₂ + c MIIII^hH_h → 2 Mg₃BN_(3-x) + MgH₂ + (12 + 4x)/h MIIII^h(NH)_h/2 + (c – (12 + 4x)/h) MIIII^hH_h + z H₂, was zwei Nebenprodukte der kationischen Spezies bildet, Magnesiumborazid Mg₃BN₃ und Magnesiumhydrid MgH₂, wobei z = 18 + x und c von Null bis etwa 5 Mol reicht.
(10) Mg(BH₄)₂ + 2 Mg(NH₂)₂ + c MIIII^hH_h → Mg₃B₂N_(4-x) + (c – 2x/h) MIIII^hH_h + + 2x/h MIIII^h(NH)_h/2 + z H₂, was theoretisch 9,6 Gew.-% Wasserstoff der Ausgangsreaktanden erzeugt, wobei z = 8 + x/2 und c von Null bis etwa 5 Mol reicht.

Jeder dieser Reaktionsmechanismen umfasst bevorzugt eine dritte Zusammensetzung, die durch MIII^hH_h dargestellt wird, wobei h von 0 bis 2 reichen kann und MIII ein Kation gewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen oder Mischungen derselben ist, das in einer Molmenge "c" vorliegt, die mit "x" Mol Ammoniak reagiert, die mittels der Wasserstofferzeugung erzeugt werden, um wie vorstehend beschrieben ein Amid- und/oder Imid-Produkt hervorzubringen. Bei bestimmten Ausgestaltungen wird das Hydrid aus der Gruppe bestehend aus LiH, NaH, MgH₂, BeH₂ und Mischungen derselben gewählt.
Beispiele für beispielhafte bevorzugte Reaktionen nach den vorstehenden Mechanismen, die eine dritte Reaktandenzusammensetzung aufweisen, umfassen:

(11) LiBH₄ + 2 LiNH₂ + c Li → Li₃BN₂H₈ + c Li → Li₃BN_(2-x) + x LiNH₂ + (c – x) Li + zH₂, wobei z = 4 – x und wobei Li₃BN₂H₈ eine Dehydrierungsreaktion durchläuft, die x Mol NH₃ erzeugt, und wobei c von Null bis etwa 5 Mol reicht.

Analog ist ein ähnliches Wasserstoffspeichermaterialsystem

(12) LiBH₄ + 2 LiNH₂ + c Na → Li₃BN₂H₈ + c Na → Li₃BN_(2-x) + x NaNH₂ + (c – x) Na + zH₂, wobei z = 4 – x und wobei Li₃BN₂H₈ eine Dehydrierungsreaktion durchläuft, die x Mol NH₃ erzeugt, und wobei c von Null bis etwa 5 Mol reicht. Andere beispielhafte Reaktionen nach der vorliegenden Offenbarung treten gemäß folgendem Mechanismus auf:
(13) NaH + c LiH + 2 LiNH₂ → NaN_2-xH₂ + LiN_2-xH₂ + (c – x) LiH + 4 H₂

Solche Wasserstoffspeichermaterialien (die nicht die dritte Zusammensetzung für die Unterdrückung stickstoffhaltiger Verbindungen umfassen) werden in dem U.S. Patent Nr. 6,967,012 , erteilt am 22. November 2005 für Meisner, et al., offenbart, das durch Verweis in seiner Gesamtheit hierin übernommen wird. U.S. Patent Nr. 6,697,012 offenbart zum Beispiel das Speichern und Freisetzen von Wasserstoff gemäß dem allgemeinen Mechanismus: M(NH)_x + wH₂ ↔ MI(NH₂)_x + MIIH_z wobei x und z gewählt werden, um Ladungsneutralität zu wahren; MI, MII und M jeweils ein oder mehrere Kationen darstellen, wie vorstehend für das Nitrid und Hydrid beschrieben; und 2w = x + z. M(NH)_x ist ein Imid, MI(NH₂)_x ist ein Amid und MIIH_z ist ein Hydrid.
Auch wenn sie hierin nicht aufgeführt sind, werden eine Vielzahl anderer Kombinationen von ersten, zweiten und dritten Zusammensetzungen und Permutationen von Wasserstoffspeicher- und Wasserstofffreisetzungsreaktionen von der vorliegenden Offenbarung erwogen.
Das Hydrid der zweiten Zusammensetzung und die Verbindung der dritten Zusammensetzung können Hydride sein, die die gleiche Zusammensetzung aufweisen, solange ein stöchiometrischer Überschuss zum Reagieren mit einem erzeugten Ammoniak vorgesehen wird. Bei früheren Wasserstoffspeichermaterialsystemen wurde die als Reaktand vorhandene Hydridmenge optimiert, um nur der zum Reagieren mit der Nitridzusammensetzung zum Freisetzen von Wasserstoff erforderlichen Menge nahe zu kommen. Eine Überschussmenge eines solchen Hydrids wurde als unerwünscht betrachtet, da es nicht mit dem Nitrid reagieren konnte und man glaubte, dass es als Verdünnungsmittel wirken würde, d. h. totes Gewicht, das den Wirkungsgrad des Systems minderte. Gemäß den Grundsätzen der Offenbarung hat sich gezeigt, dass eine überschüssige Menge einer solchen Verbindung beim Verringern und/oder Unterdrücken der Erzeugung von Ammoniak oder anderen reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen vorteilhaft ist.
Bei bestimmen Ausgestaltungen werden die hydrierten Ausgangsmaterialien so kombiniert, dass die erste Zusammensetzung (d. h. das Nitrid) in einer Molmenge „a" vorhanden ist, wobei 1 ≤ a ≤ 4, die zweite Zusammensetzung (d. h. das Hydrid) in einer Molmenge „b" vorhanden ist, wobei 0,5 ≤ b ≤ 3, und die dritte Zusammensetzung in einer Molmenge „c" vorhanden ist, wobei 0 < c ≤ 5. Bei bestimmten Ausgestaltungen a = 2, b = 1 und 0 < c ≤ 5, bevorzugter 0 < c ≤ 3.
Bevorzugte Bedingungen für die Reaktion der die Nitridverbindung umfassenden ersten Zusammensetzung mit der die Metallhydridverbindung umfassenden zweiten Zusammensetzung schwanken bezüglich bevorzugten Temperatur- und Druckbedingungen für jede unabhängige Reaktion. Es wird bevorzugt, dass die Reaktion als Reaktion kondensierten Zustands oder festen Zustands in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, im Wesentlichen bei Fehlen von Sauerstoff, bevorzugt in einer Wasserstoffatmosphäre, oder anderen Gasen wie Stickstoff oder Argon, ausgeführt wird. Wie vorstehend beschrieben treten bei manchen Ausgestaltungen das Kombinieren der Ausgangsmaterialzusammensetzungen und das Dehydrieren gleichzeitig auf. Bei anderen Ausgestaltungen kann das Kombinieren unabhängig von der Wasserstofferzeugungsreaktion ausgeführt werden, zum Beispiel wenn eine stabile Zwischenprodukt-Wasserstoffspeicherzusammensetzung gebildet wird und Wasserstoff anschließend freigesetzt wird. Bei einer solchen Ausgestaltung können sich die Bedingungen zum Bilden des stabilen Zwischenprodukts von denen unterscheiden, bei denen Wasserstoff freigesetzt wird, wie für den Fachmann ersichtlich ist. Bei verschiedenen Ausgestaltungen wird die Unterdrückung, Verringerung und/oder Minimierung der Bildung gasförmiger stickstoffhaltiger Verbindungen während der Dehydrierungsreaktion weiterhin (zusätzlich zur Aufnahme einer dritten Zusammensetzung) durch Durchführen der Wasserstofffreisetzungs-/Wasserstoffzersetzungsreaktion in einer inerten Atmosphäre verwirklicht, die Stickstoffgas, Argongas, Heliumgas oder Mischungen derselben umfasst. Bei bestimmten Ausgestaltungen wird die Reaktion in einer Atmosphäre durchgeführt, die im Wesentlichen aus Stickstoffgas besteht. Solche Verfahren zum Steuern der Atmosphäre zum Unterdrücken und/oder Verringern von gasförmigen stickstoffhaltigen Verbindungen in stickstoffhaltigen Wasserstoffspeichermaterialien werden in der U. S. Patentanmeldung Serien-Nr. 10/860,628, eingereicht am 3. Juni 2004, für Meyer, et al., offenbart, die durch Verweis in ihrer Gesamtheit hierin übernommen wird.
Weiterhin ist es bei bestimmten Ausgestaltungen erwünscht, dass die hydrierten Ausgangsmaterialien, nämlich die erste, zweite und dritte Zusammensetzung, jeweils von ihrer Ausgangsgröße in der Partikelgröße verringert sind. Im Fall des Nitrids ist eine mittlere Partikeldurchmessergröße von unter etwa 3 μm bevorzugt und bei dem Metallhydrid und der Verbindung der dritten Zusammensetzung ist eine mittlere Partikeldurchmessergröße von unter 25 μm (Mikron) und am bevorzugtesten von unter 14 μm erwünscht. Die Verringerung der Partikelgröße kann vor dem Durchführen der Reaktion oder gleichzeitig mit dem Durchführen der Reaktion zwischen den Verbindungen erfolgen. Bei bestimmten bevorzugten Ausgestaltungen wird die Wasserstofffreisetzungs-Dehydrierungsreaktion bei Umgebungsdruck und bei einer Temperatur von etwa 85°C oder höher ausgeführt. Wie für den Fachmann ersichtlich, sind solche Temperaturen und Drücke aber stark von der Reaktionskinetik für jede einzelne Reaktion abhängig.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Offenbarung setzen Wasserstoff gemäß den spezifischen Eigenschaften der kombinierten Materialien und gemäß ihren jeweiligen Isothermen frei. Zu beachten ist, dass sich das System in einer Weise verhält, durch die bei einer vorgewählten Temperatur ein Grenzdruck vorliegt, über dem Wasserstoff absorbiert wird und unter dem Wasserstoff desorbiert wird. Somit liegt bei der/den Dehydrierungs-/Zersetzungsreaktion(en) der Druck bevorzugt unter einem solchen Grenzdruck für eine vorgewählte Temperatur.
Bezüglich der Ausgestaltungen, bei denen ein Wasserstoffspeichermaterial eine SI-Wasserstoffspeicherzusammensetzung umfasst, ist das Speichersystem bei Umgebungsbedingungen stabil und hydriert. Wird Freisetzung des Wasserstoffs erwünscht, wird die Zusammensetzung bei Umgebungsdruck auf eine Temperatur von etwa 150 bis etwa 200°C, zum Beispiel etwa 170°C, erwärmt. Der Schmelzpunkt der SI-Wasserstoffspeicherzusammensetzung liegt bei Umgebungsdruck bei etwa 210°C. Es wurde ein viel schnelleres Auftreten von Wasserstofffreisetzung beobachtet, wenn sich die SI-Wasserstoffspeicherzusammensetzung statt in einem festen oder teilweise festen Zustand in einem flüssigen Zustand befindet, und somit ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugt, dass die Verbindung über den Schmelzpunkt der Zusammensetzung hinaus erwärmt wird, um das Wasserstoffgas schnell freizusetzen.
Bei bestimmten Ausgestaltungen, bei denen die Ausgangsmaterialien ein Amid und ein Hydrid umfassen, setzen diese Systeme im Allgemeinen Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen, zum Beispiel etwa 380°C, frei, wobei der Druck unter 10 Atmosphären (1000 kPa) liegt. Bei niedrigeren Temperaturen ist der Druck zum Freisetzen entsprechend niedriger. Zum Desorbieren bei 125°C liegt der Druck zum Beispiel bevorzugt unter 10 kPa. Es ist möglich, bei bis zu 1000 kPa bei Temperaturen von über etwa 280°C zu desorbieren. Als weiteres Beispiel ist der Druck für Wasserstofffreisetzung bei Raumtemperatur nahe null, Unterdruck.
Mahlen (z. B. Kugelmahlen) von LiBH₄ und LiNH₂ (zum Beispiel in einem Molverhältnis von 1:2) führt eine Umwandlung der stabilen Wasserstoffspeicher-Zwischenproduktverbindung herbei, die ein quaternäres Hydridphasen-Li₃BN₂H₈ ist. Ein eine solche Verbindung umfassendes Wasserstoffspeichermaterial ist erwünscht, da es Wasserstoff bei relative niedri gen Temperaturen und Drücken stabil (zum Beispiel Umgebungsbedingungen) über länge Zeiträume speichern kann.
Beispiel 1
In einem ersten Experiment werden Ausgangsmaterialpulver in einem gleichwertigen Molverhältnis von 1 LiBH₄:2 LiNH₂:n LiH gemischt, so dass 1 Mol LiBH₄ mit 2 Mol LiNH₂ und einer sich ändernden LiH-Molanzahl (als dritte Zusammensetzung) kombiniert wird. Diese Ausgangsmaterialverbindungen reagieren gemäß dem vorstehend beschriebenen chemischen Reaktionsmechanismus, um Wasserstoff freizusetzen. Das LiBH₄ ist im Handel von Lancaster Synthesis, Inc. aus Windham, New Hampshire erhältlich (und hat laut Angabe eine Reinheit von ≥ 95%), und das LiNH₂ ist im Handel von Aldrich Chemical Co. aus St. Louis, Missouri erhältlich (hat laut Angabe ebenfalls eine Reinheit von ≥ 95%).
Das LiH ist im Handel von Alfa-Aesar aus Ward Hill, Massachusetts, erhältlich. Die typische Reinheit beträgt auf Metallbasis 98%, und es weist eine Gesamtreinheit von 99,4% auf.
Die Ausgangsmaterialpulver werden in einem Kugelmühlenbehälter aus gehärtetem Stahl eingeschlossen, während er sich in einer Manipulationskammer mit einer inerten Argonatmosphäre (Ar) befindet. Eine große und zwei kleine Stahlkugeln werden in den Behälter mit dem Pulver gegeben. Dann wird das Material bei hoher Energie mindestens fünf Stunden lang unter Verwendung einer SPEX-8000-Mischermühle kugelgemahlen. Das sich ergebende Pulver scheint Li₃BN₂H₈ und nLiH zu umfassen. Das sich ergebende Pulvergemisch wurde dann bei 20° pro Minute von Umgebungsraumtemperatur auf eine maximale Temperatur von etwa 350°C erwärmt, und die Menge des erzeugten Wasserstoffs und des erzeugten Ammoniaks wird durch Analyse mit einem thermogravimetrischen Analysator (TGA) geschätzt.
1 zeigt die Ergebnisse des Beispiels 1, wobei die in dem System erzeugte Ammoniakmenge abnimmt, wenn die Molanzahl des Lithiumhydrids von 0 bis etwa 2 steigt. Bei Umständen, bei denen die Dehydrierungsreaktion eines hydrierten Speichermaterials Ammoniak erzeugt, ist es somit vorteilhaft, eine dritte Zusammensetzung aufzunehmen, die mit dem Ammoniak reagiert, um eine Ammoniakmenge in dem erzeugten wasserstoffhaltigen Strom zu verringern und/oder zu beseitigen. Die Menge einer solchen dritten Zusammensetzung kann abhängig von der Neigung des einzelnen Wasserstoffspeichermaterials, Ammoniak freizusetzen, den Sollbedingungen zum Freisetzen von Wasserstoff sowie anderen Umständen, die von einem Fachmann erkannt werden, schwanken. Im Allgemeinen bringt aber das Vorhandensein einer solchen dritten Zusammensetzung einen Kompromiss zwischen überschüssigem Gewicht in dem Wasserstoffspeichersystem und der Fähigkeit, mit der erforderlichen Ammoniakmenge zu reagieren, um sie auf eine Zielkonzentration zu verringern, mit sich, während die Menge des freigesetzten Wasserstoffs optimiert wird. Während die Molmenge der dritten Zusammensetzung bei bestimmten Auslegungen schwanken kann, liegt sie daher bei unter etwa 5 Mol, optional unter etwa 3 Mol und bei manchen Ausgestaltungen unter 2 Mol pro freigesetztes Mol Ammoniak (NH₃).
Eine erste Reihe von Experimenten werden gemäß einem Verfahren zum Herstellen einer Wasserstoffspeicherverbindung nach der Lehre der vorliegenden Offenbarung durchgeführt, wobei "a" Mol LiBH₄ mit "b" Mol LiNH₂ und "c" Mol LiH als dritte Zusammensetzung kombiniert werden. Diese Experimente weisen nach, dass das Vorhandensein der dritten Zusammensetzung (LiH) die Wirkung eines Verringerns von reaktiven stickstoff haltigen gasförmigen Verbindungen wie Ammoniak hat. Diese Ausgangsmaterialverbindungen und die Experimente werden in gleicher Weise wie vorstehend im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschrieben durchgeführt.

Nach dem Kugelmahlen scheint das sich ergebende Pulver Li₃BN₂H₈ und LiH zu umfassen. Dann wurde das sich ergebende Pulver bei 5° pro Minute von Umgebungsraumtemperatur auf eine maximale Temperatur von etwa 450°C erwärmt, und die Menge erzeugten Wasserstoffs und erzeugten Ammoniaks wird durch eine TGA-Analyse kombiniert mit einer entsprechenden Restgasanalyse (RGA), die mit einem das Abgas aus der TAG überwachenden Massenspektrometer erhalten wurde, geschätzt. Tabelle 1

"a" Mol LiBH₄.	"b" Mol LiNH₂.	"c" Mol LiH.	Erzeugter Wassserstoff (Gew.-%)	Erzeugter Ammoniak (Gew.-%)
1	3	0	9,5	7,5
1	3	1	9,0	1,4
1	3	2	9,5	1,4
1	2	0	10,3	5,0
1	2	0.5	11.2	1,0
1	2	1	10,4	0,8
1	2	2	9,3	0,3
1	1.5	0	5,0–6,6	5,5–7,0
1	1.5	1	9,1	1,1

Wie aus den Daten von Tabelle festgestellt werden kann, verringert die Aufnahme der dritten Zusammensetzung, nämlich LiH, die Ammoniakerzeugung erheblich, während in den meisten Fällen die Wasserstofferzeugung im Wesentlichen beibehalten und/oder angehoben wird. Gemäß den Grundsätzen der Offenbarung kann ein wasserstoffhaltiger Strom mit einer erwünschten niedrigen Konzentration an stickstoffhaltigen reaktiven Verbindungen aus Stickstoff umfassenden Wasserstoffspeichermaterialien erzeugt werden. Man meint, dass das Lithiumhydrid mit dem Ammoniak reagiert, das aus einer Reaktion zwischen der ersten Nitridzusammensetzung und der zweiten Hydridzusammensetzung gebildet wird, und eine neue nicht gasförmige Phase bildet, die in den gesamten anderen festen und/oder flüssigen Phasen dispergiert ist, die die Wasserstoffspeichermaterialien des Wasserstoffspeichersystems bilden. Man meint, dass die durch die Reaktion von Ammoniak und Lithiumhydrid gebildete neue Phase eine flüssige α-Phase ist, die wahrscheinlich aus einer Amid- und/oder Imid-Verbindungen gebildet ist. Daher besteht das Wasserstoffspeichermaterialsystem aus mehreren Phasen. Bei manchen Ausgestaltungen ist mindestens eine Phase eine flüssige Phase. Bei manchen Ausgestaltungen umfasst das Wasserstoffspeichersystem in der mehrphasigen Struktur eine Mischung aus festen und flüssigen Phasen.
In 2 zeigt ein Teil eines Li-B-N-H-Phasen-Diagramms mögliche Zusammensetzungen für bestimmte bevorzugte Ausgestaltungen, wobei die Kationen so gewählt werden, dass sie Lithium und/oder Bor für das Nitrid bzw. Hydrid sind. Solche Zusammensetzungen umfassen die in der vorstehenden Tabelle 1 untersuchten. Die mit "A" bezeichnete Linie verbindet die Li₃BN₂H₈- mit der LiH-Zusammensetzung. Die Linie umfasst jeweils Mischungen verschiedener Molverhältnisse, einschließlich eine Mischung mit einem Molverhältnis von 1:2 des Li₃BN₂H₈ zu LiH. Die anderen Zusammensetzungen sind Mehrphasenmaterialien, bei denen Li₃BN₂H₈ die Hauptphase ist. Verschiedene Mischungen von Lithiumamid und Lithiumboronat scheinen so zu reagieren, dass sie ein Mehrphasenmaterial bilden, das die Verbindung Li₃BN₂H₈ sowie andere Phasen enthält. Wie vorstehend beschrieben bildet ein 1:2-Molverhältnis von Lithiumboronat zu Lithiumamid die Li₃BN₂H₈-Verbindung optimal aus. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung, bei der die Kationen der ersten und zweiten Zusammensetzung als Lithium und Bor gewählt werden, beträgt das optimale Atomverhältnis von Lithium zu Bor zu Stickstoff jeweils 3:1:2.
Es wurde festgestellt, dass andere Mischungen von Lithiumboronat und Lithiumamid verglichen mit der stöchiometrischen Mischung, die zum Bilden der Zusammensetzung von Li₃BN₂H₈ führt, eine größere Menge an Ammoniak freisetzen, wenn sie Wasserstoff freisetzen. Die Wirkung der Zugabe von Lithiumhydrid zu diesen Wasserstoffspeichersystemen hat sich auch bei der Verringerung der in diesen Mischungen freigesetzten Ammoniakmenge als vorteilhaft gezeigt, wie in Tabelle 1 zusammengefasst wird.
Auch wenn die Reversibilität einiger der in der vorliegenden Offenbarung näher dargelegten Reaktionen derzeit nicht bei ausreichenden Raten bei geeigneten Temperatur- und Druckbedingungen, die für eine kommerzielle Ausgestaltung erwünscht sind, aufzutreten scheinen, ist das Integrieren eines Katalysators ein bekanntes Verfahren, um sowohl die Wasserstofffreisetzungstemperatur zu verringern als auch die Reabsorption des Wasserstoffs in anderen Wasserstoffspeichermaterialien des Stands der Technik zu erleichtern. Somit erwägt die vorliegende Offenbarung das Verwenden eines Katalysators, wie er dem Fachmann bekannt ist, um eine Reversibilität bei erwünschten Bedingungen und Raten zu erleichtern. Katalysatoren, die bei der vorliegenden Offenbarung hilfreich sein können, umfassen zum Beispiel die folgende nicht einschränkende Liste: Fe, Ni, Co, Pt, Pd, Sr und Verbindungen und Mischungen derselben. Ferner werden andere zusätzliche Entwicklungen auf dem Gebiet, die Verfahren und/oder Zusammensetzungen vorsehen, die eine ausreichende Reversibilität bei gewerblich praktikablen Temperatur- und Druckbedingungen ermöglichen können, die bei den verschiedenen Ausgestaltungen der Offenbarung hilfreich wären, hierin erwogen.
Somit werden hierin bei verschiedenen Ausgestaltungen der Offenbarung Verfahren zum Vorsehen von wasserstoffhaltigen Strömen mit minimalen oder vernachlässigbaren Konzentrationen unerwünschter gasförmiger reaktiver stickstoffhaltiger Verbindungen vorgesehen. Die Verfahren der vorliegenden Offenbarung sehen ein Verfahren der gesteuerten Freisetzung von Wasserstoff aus festen und/oder flüssigen mehrphasigen Materialien vor, um eine gesteuerte und effektive Wasserstofffreisetzung aus mehrphasigen Wasserstoffspeichermaterialien vorzusehen. Die Offenbarung sieht weiterhin eine Optimierung und Maximierung der freigesetzten Wasserstoffmenge vor, während die stickstoffhaltigen Verbindungen in dem Wasserstoffspeichermaterialsystem zurückgehalten werden, um die Fähigkeit zu langfristigem reversiblen Durchlaufen eines Zyklus zu wahren. Bei verschiedenen Ausgestaltungen sieht die Offenbarung auch Wasserstoffspeichermaterialien mit hohen Wasserstoffspeicherfreisetzungseigenschaften vor, sowie gute Stabilität während der Speicherung, was insbesondere bei Brennstoffzellenanwendungen vorteilhaft ist. Die Reaktion zum Erzeugen von Wasserstoff wird durch Temperatur und Druck mühelos gesteuert, und die feste Phase kann Wasserstoff über längere Zeiträume bei angemessenen Bedingungen speichern.
Die Beschreibung der Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur, und daher sollen Abänderungen, die nicht vom Kern der Offenbarung abweichen, innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung liegen. Solche Abänderungen sind nicht als Abweichen vom Wesen und Schutzumfang der Offenbarung zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6967012 [0054]
- US 6697012 [0054]

Claims

Verfahren zum Freisetzen von Wasserstoff umfassend: Kombinieren einer ersten Zusammensetzung, die ein Nitrid mit einem oder mehreren Kationen außer Wasserstoff umfasst, einer zweiten Zusammensetzung, die ein Hydrid mit einem oder mehrere Kationen außer Wasserstoff umfasst, und einer dritten Zusammensetzung, die eine Verbindung mit einem Kation gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Mischungen derselben umfasst, wobei ein wasserstoffhaltiger Strom, der eine minimale Konzentration an gasförmigen reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen aufweist, erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorhandensein der dritten Zusammensetzung eine Konzentration von gasförmigen reaktiven stickstoffhaltigen Produkten in dem wasserstoffhaltigen Strom verringert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kombinieren eine Reaktion zum Freisetzen von Wasserstoff fördert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kombinieren eine stabile Wasserstoffspeicherzusammensetzung bildet und das Erzeugen durch Freisetzen von Wasserstoff aus der stabilen Wasserstoffspeicherzusammensetzung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die stabile Wasserstoffspeicherzusammensetzung eine Verbindung mit der allgemeinen Formel M'_xM''_yN_zH_d umfasst, wobei (a) M' ein Kation gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Li, Ca, Na, Mg, K, Be und Mischungen derselben ist und x größer als etwa 50 und kleiner als etwa 53 ist; (b) M'' eine Kationenzusammensetzung umfasst, die ein Element der Gruppe 13 der Periodentafel umfasst, und y größer als etwa 5 und kleiner als etwa 34 ist; (c) N Stickstoff ist und z größer als etwa 16 und kleiner als etwa 45 ist; (d) H Wasserstoff ist und in einem vollständig hydrierten Zustand d größer als etwa 110 und kleiner als etwa 177 ist; und (d) wobei M', M'', x, y, z und d so gewählt werden, dass Elektroneutralität gewahrt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kombinieren eine Wasserstofffreisetzungsreaktion fördert, die ein oder mehrere Nebenproduktverbindungen bildet, die umfassen: Stickstoff, mindestens eines des einen oder der mehreren Kationen außer Wasserstoff, die aus der Nitridzusammensetzung bzw. der Hydridzusammensetzung gewonnen werden, und wobei die eine oder die mehreren Nebenproduktzusammensetzungen mindestens zwei verschiedene nichtgasförmige Phasen bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Zusammensetzung durch die allgemeine Formel MIII^f(NH_e) –c / g dargestellt wird, wobei die zweite Zusammensetzung durch die allgemeine Formel MI_a(MIIH_b)_c dargestellt wird und die dritte Zusammensetzung durch MIIIIH_h dargestellt wird, wobei MI und MII aus der Gruppe bestehend aus: CH₃, Al, As, B, Ba, Be, Ca, Cd, Ce, Cs, Cu, Eu, Fe, Ga, Gd, Ge, Hf, Hg, In, K, La, Li, Mg, Mn, Na, Nd, Ni, Pb, Pr, Rb, Sb, Sc, Se, Si, Sm, Sn, Sr, Th, Ti, Tl, W, Y, Yb, Zn, Zr und Mischungen derselben gewählt werden und MIIII aus der Gruppe bestehend aus Li, Na, K, Rb, Be, Ca, Sr und Mischungen derselben gewählt wird, wobei h ein Atomverhältnis von Wasserstoff in der dritten Zusammensetzung darstellt, das von 0 bis etwa 2 reicht, und a, b, c, e, f, g und h so gewählt werden, dass Elektroneutralität gewahrt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dritte Zusammensetzung mindestens ein Kation gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Li, Na, K, Be, Mg, Ca und Mischungen derselben umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des Kombinierens die erste Zusammensetzung in einer Molmenge "a" vorhanden ist, wobei 1 ≤ a ≤ 4, die zweite Zusammensetzung in einer Molmenge "b" vorhanden ist, wobei 0,5 ≤ b ≤ 3, und die dritte Zusammensetzung in einer Molmenge "c" vorhanden ist, wobei 0 < c ≤ 5.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei "a" etwa 2 ist, wobei "b" etwa 1 ist und wobei "c" größer als Null und kleiner oder gleich etwa 3 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dritte Zusammensetzung eine Verbindung gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Lithiumhydrid (LiH), Natriumhydrid (NaH), Magnesiumhydrid (MgH₂), Berylliumhydrid (BeH₂) und Mischungen derselben umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Zusammensetzung eine Verbindung gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Lithiumamid (LiNH₂), Natriumamid (NaNH₂), Magnesiumamid (Mg(NH₂)₂), Li₃N (Lithiumnitrid), Magnesiumimid (MgNH), Borazan (BNH₆), Lithiumazid (LiN₃) und Mischungen derselben umfasst und wobei die zweite Zusammensetzung eine Verbindung gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Lithiumhydrid (LiH), Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH₄), Natriumboronat (NaBH₄), Lithiumboronat (LiBH₄), Magnesiumboronat Mg(BH₄)₂, Natriumaluminiumhydrid (NaAlH₄) und Mischungen derselben umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Zusammensetzung Lithiumamid (LiNH₂) umfasst, die zweite Zusammensetzung Lithiumboronat (LiBH₄) umfasst und die dritte Zusammensetzung Lithiumhydrid (LiH) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der wasserstoffhaltige Strom eine Konzentration von gasförmigen reaktiven stickstoffhalten Verbindungen von unter etwa 2 Molprozent des Stroms aufweist.
Verfahren zum Erzeugen eines wasserstoffhaltigen Gasstroms umfassend: Vorsehen eines Wasserstoffspeichersystems, das aus hydrierten Ausgangsmaterialien gebildet ist, die eine erste Zusammensetzung mit einem Nitrid, das ein oder mehrere Kationen außer Wasserstoff aufweist, eine zweite Zusammensetzung mit einem Hydrid, das ein oder mehrere Kationen außer Wasserstoff aufweist, und eine dritte Zusammensetzung, die eine Verbindung mit einem Kation gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Mischungen derselben umfasst, umfassen; und Erzeugen von Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeichersystem mittels einer Dehydrierungsreaktion, wobei der wasserstoffhaltige Gasstrom den Wasserstoff umfasst und im Wesentlichen frei von reaktiven stickstoffhaltigen Verbindungen ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Vorhandensein der dritten Zusammensetzung in dem Wasserstoffspeichersystem zum Verringern einer Konzentration und/oder zum Verhindern der Bildung von gasförmigen stickstoffhaltigen Verbindungen, die während der Dehydrierungsreaktion gebildet werden, dient.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste Zusammensetzung eine Verbindung gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Lithiumamid (LiNH₂), Natriumamid (NaNH₂), Magnesiumamid (Mg(NH₂)₂), Li₃N (Lithiumnitrid), Magnesiumimid (MgNH), Borazan (BNH₆), Lithiumazid (LiN₃) und Mischungen derselben umfasst; die zweite Zusammensetzung eine Verbindung gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Lithiumhydrid (LiH), Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH₄), Natriumboronat (NaBH₄), Lithiumboronat (LiBH₄), Magnesiumboronat Mg(BH₄)₂, Natriumaluminiumhydrid (NaAlH₄) und Mischungen derselben umfasst; und die dritte Zu sammensetzung eine Verbindung gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Lithiumhydrid (LiH), Natriumhydrid (NaH), Magnesiumhydrid (MgH₂), Berylliumhydrid (BeH₂) und Mischungen derselben umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste Zusammensetzung Lithiumamid (LiNH₂) umfasst, die zweite Zusammensetzung Lithiumboronat (LiBH₄) umfasst und die dritte Zusammensetzung Lithiumhydrid (LiH) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Erzeugen in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die Wasserstoff, Stickstoff, Helium, Argon und Mischungen derselben umfasst.
Wasserstoffspeichersystem umfassend: (a) einen hydrierten Zustand, der Wasserstoff freisetzen kann und aus Ausgangsmaterialien gebildet ist, die umfassen: eine erste Zusammensetzung mit einem Nitrid, das ein oder mehrere Kationen außer Wasserstoff aufweist; eine zweite Zusammensetzung mit einem Hydrid, das ein oder mehrere Kationen außer Wasserstoff aufweist; und eine dritte Zusammensetzung mit einer Verbindung, die ein Alkalimetallkation, ein Erdalkalimetallkation und Mischungen derselben aufweist; und (b) einen dehydrierten Zustand, der nach Freisetzen von Wasserstoff aus dem hydrierten Zustand gebildet wird und der umfasst: ein oder mehrere Nebenproduktzusammensetzungen mit: Stickstoff und mindestens einem des einen Kations oder der mehreren Kationen außer Wasserstoff, die aus dem Nitrid gewonnen sind und aus dem Hydrid gewonnen sind, und das Erdalkalimetallkation bzw. Mi schungen derselben, wobei die eine bzw. mehreren Nebenproduktzusammensetzungen sich in einem festen und/oder flüssigen Zustand befinden.