DE102014006372A1

DE102014006372A1 - Schichten eines Wasserstoffspeichers und deren Herstellung

Info

Publication number: DE102014006372A1
Application number: DE102014006372.0A
Authority: DE
Inventors: Antonio Casellas; Klaus Dollmeier; Eberhard Ernst; René Lindenau; Anastasia Özkan; Lars Wimbert
Original assignee: GKN Sinter Metals Engineering GmbH
Current assignee: GKN Sinter Metals Engineering GmbH
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2015-11-05
Also published as: US11572272B2; JP6612262B2; WO2015169740A1; EP3140248A1; CN115403007A; US20170044011A1; CN106458578A; JP2017519705A; US20200062589A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wasserstoffspeicher umfassend eine wasserstoffdurchlässige Struktur, vorzugsweise eine poröse Struktur, die als Komponente im Wasserstoffspeicher enthalten ist, zum Hindurchströmen eines wasserstoffhaltigen Gases.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wasserstoffspeicher umfassend eine wasserstoffdurchlässige Struktur sowie eine Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur.
Bekannt ist es, dass eine Speicherung von Wasserstoff in zylindrischen Gefäßen erfolgt, in die Scheiben eines Metallhydrid/Graphit-Verbundwerkstoffs gesetzt werden. Diese Scheiben müssen radial eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben, um beim Hydrieren die entstehende Wärme abzuführen – exotherme Einlagerung. Bei einem Dehydrieren muss diese Wärme wieder zugeführt werden – endotherme Vorgang. Da Metalle zwar gut Wärme leiten, ihre Hydride allerdings extrem schlecht Wärme leiten, ist es nötig, sie so einzubauen, dass ein Wärmefluss durch ein zweites Material gewährleistet wird. Dazu wird das Metall oder das Metallhydrid mit beispielsweise Graphit vermischt, wobei der Graphit die Funktion der Wärmeleitung übernimmt. Dieses Gemisch wird beispielweise axial zu Zylindern bzw. Scheiben gepresst und in ein Gefäß, insbesondere einen Tank eingesetzt. Dafür wird eine Mischung aus expandiertem Graphit mit sehr niedriger Dichte mit dem hydrierbaren Metall oder dem Metallhydrid gemischt, so dass durch das axiale Pressen der expandierte Graphit sich quer/rechtwinklig zur Pressrichtung ausrichtet. Dadurch entsteht eine hohe Wärmeleitfähigkeit quer zur Pressrichtung.
Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der expandierte Graphit wegen seiner sehr niedrigen Dichte von ungefähr 3 kg/m³ sehr schlecht zu transportieren ist. Zum Vergleich: eine LKW Ladung wiegt nur ungefähr 300 kg und ist nur sehr schwierig mit dem Metall bzw. Metallhydrid zu mischen.
Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Materialstruktur zu schaffen, bei der eine Wärmeleitung sichergestellt ist, insbesondere zur Vermeidung einer Überhitzung oder eine Unterkühlung beim Dehydrieren mit dabei einhergehendem Verlust einer Funktion des Wasserstoffspeichers.
Es wird ein Wasserstoffspeicher umfassend eine wasserstoffdurchlässige Struktur vorzugsweise, vorzugsweise eine poröse Struktur, die als verpresste Komponente im Wasserstoffspeicher enthalten ist, zum Hindurchströmen eines wasserstoffhaltiges Gas.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen geschichteten Aufbau von Wasserstoffspeichern, vorzugsweise Metallhydridspeichern mit gut wärmeleitenden Graphitlagen, so dass der Graphit die großen Wärmemengen beim Hydrieren/Dehydrieren des Wasserstoffspeichers ab und zuführen kann. Eine der Schichten des geschichteten Aufbaus weist schwerpunktmäßig zumindest eine der folgenden Funktionen aufweist: primäre Wasserstoffspeicherung, primäre Wärmeleitung und/oder primäre Gasdurchführung.
Unter der Schwerpunktmäßigkeit zumindest eine der folgenden Funktionen primäre Wasserstoffspeicherung, primäre Wärmeleitung und/oder primäre Gasdurchführung ist zu verstehen, dass die jeweilige Schicht zumindest diese als eine Hauptaufgabe in dem zweiten Bereich des Verbundmaterials wahrnimmt. So ist es möglich, dass ein eine Schicht primär zur Wasserstoffspeicherung genutzt wird, gleichzeitig aber auch in der Lage ist, zumindest eine gewisse Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung zu stellen. Dabei ist es aber vorgesehen, dass zumindest eine andere Schicht vorhanden ist, die primär eine Wärmeleitung übernimmt, das bedeutet, über die die größte Wärmemenge aus dem verpressten Materialverbund abgeleitet wird. Hierbei kann wiederum die primär gasdurchführende Schicht genutzt werden, durch die zum Beispiel der Wasserstoff in den Materialverbund hineingeleitet aber auch zum Beispiel heraus geleitet wird. Hierbei kann über das durchströmende Fluid aber auch Wärme mitgenommen werden.
Der Begriff Wasserstoffspeicher beschreibt einen Vorratsbehälter in dem Wasserstoff gespeichert werden kann. Dabei können konventionelle Methoden zur Speicherung und Lagerung von Wasserstoff verwendet werden, beispielsweise Druckgasspeicherung, wie Speicherung in Druckbehältern durch Verdichten mit Kompressoren oder Flüssiggasspeicherung, wie Speicherung in verflüssigter Form durch Kühlung und Verdichten. Weitere alternative Formen der Speicherung von Wasserstoff basieren auf Feststoffen oder Flüssigkeiten, beispielsweise Metallhydridspeicher, wie Speicherung als chemische Verbindung zwischen Wasserstoff und einem Metall bzw. einer Legierung, oder Adsorptionsspeicherung, wie adsorptive Speicherung von Wasserstoff in hochporösen Materialien. Weiterhin sind für Lagerung und Transport von Wasserstoff auch Wasserstoffspeicher möglich, die den Wasserstoff temporär an organische Substanzen binden, wobei flüssige, drucklos speicherbare Verbindungen entstehen, so genannter ”chemisch gebundener Wasserstoff”.
Der Begriff Schichten beschreibt, dass vorzugsweise ein Material, aber auch zwei oder mehr Materialien in einer Lage angeordnet sind und diese sich als Lage von einer direkten Umgebung abgrenzen lässt. So können beispielsweise unterschiedliche Materialien nacheinander lose übereinander aufgeschüttet werden, so dass benachbarte Schichten sich unmittelbar berühren. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die hydrierbare Schicht unmittelbar benachbart zu einer wärmeleitfähigen Schicht angeordnet, so dass die entstehende Wärme bei der Wasserstoffaufnahme und/oder Wasserstoffabgabe von dem hydrierbaren Material direkt an die benachbarte Schicht abgegeben werden kann.
Eine Schicht kann zum Beispiel durch ein Aufsprühen erzeugt werden. Hierzu eignet sich beispielweise ein Verfahren, was in anderen Bereichen unter der Bezeichnung Wet Powder Spraying bekannt ist. Im Rahmen der Offenbarung wird beispielhaft auf den Artikel "Wet powder spraying – a process for the production of coatings" von A. Ruder, H. P. Buchkremer, H. Jansen, W. Malléner, D. Stöver in „Surface and Coatings Technology", Volume 53, Issue 1, 24 July 1992, Pages 71–74 erschienen ist. Aus der WO 2008 006 796 A1 wiederum geht hervor, wie denn ein Material aufbereitet werden kann. Dort ist allerdings kein hydrierbares Material verwendet worden, geschweige denn ein Wasserstoffspeicher oder eine Schicht dafür hergestellt worden. Prinzipiell zeigt aber auch der Inhalt dieser Druckschrift im Rahmen der Offenbarung, wie ein Aufsprühen ermöglicht werden kann. Ebenfalls werden dort auch andere Verfahren zur Schichtenbildung genannt, auf die ebenfalls im Rahmen dieser Offenbarung verwiesen wird. Neben einem Spritzsprühen kann aber auch eine Abscheidung elektrochemischer Natur erfolgen, um eine gewünschte Schichtbildung zu erhalten. Auch kann eine Schichtbildung beispielsweise mittels Siebdruck erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit, wie eine Schicht gebildet werden kann, sieht vor, dass bevorzugt oberflächenbeschichtete Fasern zusammen zu Bündeln gefasst werden, diese Bündel werden beispielweise verstreckt und anschließend geschnitten, um beispielsweise eine Kurzfaserschicht zu erhalten. Die Oberflächenbeschichtung ist vorzugsweise wasserstoffdurchlässig. Sofern das Material der Fasern wasserstoffspeichernd ist, kann die Beschichtung insbesondere einen Schutz gegen Oxidation bilden.
Bevorzugt ist ein Wasserstoffspeicher vorgesehen, der ein erstes Material und ein zweites Material örtlich getrennt zueinander aufweist, die jeweils separate Schichten bilden, die benachbart zueinander sind, vorzugsweise aneinander stoßen, wobei das erste Material ein primär wasserstoffspeicherndes Material umfasst, und das zweite Material ein primär wärmeleitendes Material ist, wobei das primär wärmeleitende Material sich bevorzugt von einem Inneren des Wasserstoffspeichers zu einem Äußeren des Wasserstoffspeichers erstreckt.
Eine Weiterbildung des Wasserstoffspeichers sieht beispielsweise vor, dass zwischen der ersten und der zweiten Schicht sich ein Gradient ausbildet, entlang dem ein Übergang von der ersten zu der zweiten Schicht sich über eine Änderung des jeweiligen Materialanteils des ersten und des zweiten Materials vollzieht. Ein Gradient kann beispielsweise durch Verfahren eines Stabes, bei mehreren Stäben durch einen Kamm oder durch eine sonstige Geometrie in der ersten und er zweiten Schicht bewirkt werden, wenn diese noch nicht verpresst miteinander abgelegt sind. Durch die gezielte Gradientenbildung gelingt es insbesondere eine große wirkende Wärmeübergangsfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Material zur Verfügung stellen zu können.
Eine weitere Ausgestaltung des Wasserstoffspeichers weist Komponenten in Form einer Kern-Mantel-Struktur auf, bei der der Kern ein erstes Material umfasst und der Mantel ein davon verschiedenes zweites Material umfasst, wobei das erste Material und/oder das zweite Material ein wasserstoffspeicherndes Material aufweisen, wobei die Komponenten vorzugsweise aus der Gruppe umfassend Pulver, Granulen, Flocken, Fasern und/oder andere Geometrien ausgewählt sind.
Weiterhin bevorzugt ist es, wenn der Wasserstoffspeicher das zweite Material des Mantels in Form eines Polymers aufweist, das zumindest wasserstoffdurchlässig gestaltet ist.
Wiederum kann auch vorgesehen sein, dass der Wasserstoffspeicher eine Struktur aufweist, bei der der Kern ein primär wärmeleitendes Material aufweist und der Mantel ein primär wasserstoffspeicherndes Material.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Kern ein primär wasserstoffspeicherndes Material aufweist und der Mantel ein primär wärmeleitendes Material, wobei das wärmeleitende Material wasserstoffdurchlässig ist.
Bevorzugt weist das wasserstoffspeichernde Material eine wasserstoffdurchlässige Beschichtung auf, die eine Oxidation des wasserstoffspeichernden Materials verhindert, wobei die Beschichtung vorzugsweise wasserstoffspeichernd ist.
Das hydrierbare Material kann den Wasserstoff aufnehmen und bei Bedarf wieder abgeben. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Material Partikel, Granulate, Fasern, vorzugsweise geschnittene Fasern, Flakes und/oder sonstige Geometrien. Insbesondere kann das Material auch plattenförmig oder pulverartig ausgebildet sein. Durch eine Vielzahl an unterschiedlichen Geometrien des Materials kann das Material in einer Vielzahl an unterschiedlichen Wasserstoffspeichern verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Material aus Metall bestehen, insbesondere aus Magnesium, Titan, Eisen und/oder aus einer Metalllegierung umfassend Magnesium, Titan oder Eisen bestehen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Material Metall, insbesondere Magnesium, Titan, Eisen und/oder eine Metalllegierung daraus umfassen. So kann neben Magnesium, Titan oder Eisen das Material andere hydrierbare aber auch nichthydrierbare Metalle umfassen bzw. daraus bestehen, beispielweise als Reinmetalle, als Metalllegierungen, als intermetallische Phasen sowie Mischungen daraus. Insbesondere können zum Einsatz kommen:

– Erdalkalimetall- und Alkalimetallalanate,
– Erdalkalimetall- und Alkalimetallborhydride,
– Metal-Organic-Framewoks (MOF's)/Metall-organische Gerüste, und/oder
– Clathrate,

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Niedertemperaturhydrid mit einem Hochtemperaturhydrid zusammen eingesetzt wird. So kann gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass beispielweise das Niedertemperaturhydrid und das Hochtemperaturhydrid gemischt in einer Schicht eines zweiten Bereichs vorgesehen sind. Auch können diese jeweils getrennt voneinander in unterschiedlichen Schichten, insbesondere auch in unterschiedlichen zweiten Bereichen angeordnet sein. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass zwischen diesen zweiten Bereichen ein erster Bereich angeordnet ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein erster Bereich eine Mischung aus Nieder- und Hochtemperaturhydrid in der Matrix verteilt aufweist. Auch besteht die Möglichkeit, dass verschiedene erste Bereiche entweder ein Niedertemperaturhydrid oder ein Hochtemperaturhydrid aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Wasserstoffspeicher einen Hochtemperaturhydridbehälter und einen Niedertemperaturbehälter aufweist. Die Hochtemperaturhydride können Temperaturen von über 350°C erzeugen, welches abgeführt werden muss. Diese Wärme wird sehr schnell freigesetzt und kann zum Beispiel zu einer Aufheizung von einer Komponente genutzt werden, die in Verbindung mit dem Wasserstoffspeicher steht. Als Hochtemperaturhydrid kann beispielweise Metallpulver auf der Basis von Titan genutzt werden. Das Niedertemperaturhydrid hingegen weist bevorzugt eine Temperatur in einem Bereich vorzugsweise zwischen –55°C und 155°C auf, insbesondere bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 80°C Und 140°C auf. Ein Niedertemperaturhydrid ist beispielsweise Ti_0,8 Zr_0,2 Cr Mn oder Ti_0,98 Zr_0,02 V_0,43 Cr_0,05 Mn_1,2. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass Wasserstoff vom Hochtemperaturhydridbehälter in den Niedertemperaturhydridbehälter übergeht oder umgekehrt, und jeweils dort gespeichert wird. Beispielhaft und im Rahmen der Offenbarung wird hierfür hiermit auf die DE 36 39 545 C1 verwiesen.
Des Weiteren kann zum Beispiel für eine Matrix eine Carbonmatrix genutzt werden, in die das Niedertemperaturhydrid eingelassen ist. Zum Beispiel geht aus der Dissertation an der Universität Utrecht mit dem Titel „Carbon matrix confined sodium alanate for reversible hydrogen storage" von J. Gao, abrufbar unter http://dspace.library.uu.nl/handle/1874/256764 hervor, wie denn für das zu verwendende hydrierbare Material und die Matrix aufeinander abgestimmt werden können, so dass auch bei niedrigeren Temperaturen der daraus hergestellte Wasserstoffspeicher betrieben werden kann. Im Rahmen der Offenbarung wird auf den diesbezüglichen Inhalt dieser Druckschrift verwiesen. Bezüglich Hydride und deren Eigenschaften wird auf die Tabellen 1 bis 4 in B. Sakietuna et al., International Journal of Energy, 32 (2007), S. 1121–1140 im Rahmen der Offenbarung der Erfindung verwiesen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, den expandierten Graphit weitestgehend zu ersetzen, indem durch eine spezielle Fülltechnik Schichten von wasserstoffspeicherndem Material, vorzugsweise einem Hydrid, und einem wärmeleitenden Material wie Graphit in ein Presswerkzeug gefüllt werden, die dann miteinander gepresst eine Sandwichstruktur ergeben, in der der Graphit wieder die Wärmeleitung in radialer Richtung übernimmt. Dazu kann beispielsweise ein wärmeleitendes Metallpulver und/oder normaler natürlicher Graphit genutzt werden, dessen linsenförmige Partikel beim Füllen vorzugsweise horizontal ausgerichtet werden, so dass die gute Wärmeleitung in Richtung der hexagonalen Gitterstruktur gut genutzt werden kann. Alternativ können Folien oder Folienstücke aus gewalztem expandierten Graphit oder Flocken aus diesem Material oder auch Graphitgewebe verwendet werden. Gleichzeitig können Lagen porös bleibender Materialien als Gasleitschichten dazwischen gefüllt und mit gepresst werden.
Insbesondere besteht die Möglichkeit, zumindest das erste und das zweite Material zusammen aber getrennt voneinander zu einer Kavität zu führen, diese gleichzeitig zu befüllen, wobei zwischen der Kavität und dem zuzuführenden ersten und zweiten Material eine Relativbewegung erfolgt. Dadurch können unterschiedliche Muster hergestellt werden, zum Beispiel Wellenschichten, Helix- wie auch Schraubengeometrien und anderes.
Ein weiteres Befüllen einer Kavität erfolgt beispielsweise in eine Pressenkavität, die einen Unter- und einen Oberstempel aufweist. So kann zum Beispiel ein schichtweises Befüllen der Kavität vorgenommen werden, wobei zum Beispiel nach jeder neuen oder jeder zweiten oder jeder dritten neuen Schicht eine sofortige Verdichtung mittels Ober- und Unterstempel erfolgt. Das erlaubt eine besondere enge Verbindung von zum Beispiel dem primär wärmeleitenden Material und dem primär wasserstoffspeicherndem Material.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffspeichers, bevorzugt eines Wasserstoffspeichers wie oben, vorgeschlagen, wobei getrennte Schichten von einem wasserstoffspeicherndem Material und einem wärmeleitenden Material in ein Presswerkzeug gefüllt werden, diese miteinander verpresst werden zur Erzeugung einer Sandwichstruktur, wobei das wärmeleitende Material bei Einsatz der Sandwichstruktur als Wasserstoffspeicher eine Wärmeleitung bevorzugt in einer radialen Richtung des Wasserstoffspeichers übernimmt.
Das Verfahren sieht gemäß einer Ausgestaltung vor, dass ein Metallpulver und/oder normaler natürlicher Graphit als wärmeleitendes Material genutzt werden, wobei bei einer Nutzung des normalen natürlichen Graphits bevorzugt dessen linsenförmige Partikel beim Füllen vorzugsweise horizontal ausgerichtet werden, so dass eine Wärmeleitung in Richtung einer hexagonalen Gitterstruktur der Graphitstruktur genutzt werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass alternativ oder zusätzlich ein oder mehrere Folien aus einem gewalzten expandierten Graphit, Flocken aus einem gewalzten expandierten Graphit und/oder ein Graphitgewebe als wärmeleitendes Material in die Sandwichstruktur eingebracht werden.
Auch kann vorgesehen sein, dass ein oder mehr Schichten eines porös bleibenden Materials als Gasleitschichten in die Sandwichstruktur eingebracht und mit gepresst werden.
Ebenfalls kann eine Weiterbildung vorsehen, dass mehrere Sandwichstrukturen getrennt voneinander gepresst und anschließend in einem gemeinsamen Behälter angeordnet werden.
Bevorzugt wird in einer Ausgestaltung dass eine Kompaktierung der Schichten mittels einer Rundläuferpresse oder einer Umlaufpresse ausgeführt. Ein Prinzip einer Rundläuferpresse geht zum Beispiel aus der DE 10 2010 005 780 B4 wie auch aus der DE 10 2005 019 132 B4 hervor. Die dabei jeweils vorgestellten Vorrichtungen können angepasst auch für die Herstellung von Schichten eines Wasserstoffspeichers genutzt werden.
Vorzugsweise werden die erste und die zweite Schicht miteinander verpresst und bilden die Sandwichstruktur. Das Verpressen kann zum Beispiel mit Hilfe eines Ober- und eines Unterstempels durch Druck erfolgen. Weiterhin kann das Verpressen über ein isostatisches Pressen erfolgen. Die isostatische Pressmethode beruht auf dem physikalischen Gesetz, dass sich der Druck in Flüssigkeiten und Gasen allseitig gleichmäßig fortpflanzt und auf den beaufschlagten Flächen Kräfte erzeugt, die zu diesen Flächen direkt proportional sind. Die ersten und zweiten Bereiche können beispielsweise in einer Gummiform in den Druckbehälter einer Pressanlage gebracht werden. Der Druck, der über die Flüssigkeit im Druckbehälter allseitig auf die Gummiform wirkt, komprimiert die eingeschlossenen zumindest ersten Schichten und zweiten Schichten gleichmäßig. Auch kann eine Vorform enthaltend zumindest die erste und die zweite Schicht in die isostatische Presse eingelegt werden, zum Beispiel in eine Flüssigkeit. Durch Aufprägung von hohen Drücken, vorzugsweise in einem Bereich von 500 bis zu 6000 bar, kann die Sandwichstruktur hergestellt werden. Die hohen Drücke beim isostatischen Pressen erlauben es zum Beispiel, dass neue Werkstoffeigenschaften im Verbundmaterial entstehen können.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass alternativ oder zusätzlich ein oder mehrere Folien aus einem gewalzten expandierten Graphit, Flocken aus einem gewalzten expandierten Graphit und/oder ein Graphitgewebe als wärmeleitendes Material in die Sandwichstruktur eingebracht werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein oder mehr Lagen eines porös bleibenden Materials als Gasleitschichten in die Sandwichstruktur eingebracht und mit gepresst werden. Bevorzugt werden mehrere Sandwichstrukturen getrennt voneinander gepresst und anschließend in einem gemeinsamen Behälter angeordnet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wie auch Merkmale gehen aus den nachfolgenden Figuren und der dazugehörigen Beschreibung hervor. Die aus den Figuren und der Beschreibung hervorgehenden einzelnen Merkmale sind nur beispielhaft und nicht auf die jeweilige Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr können aus ein oder mehrere Figuren ein oder mehrere Merkmale mit anderen Merkmalen aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen verbunden werden. Daher sind die Merkmale nicht beschränkend sondern beispielhaft angegeben. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts aus einem Wasserstoffspeicher, der alternierende Schichten aufweist,
2 einen weiteren Ausschnitt aus einem Wasserstoffspeicher mit einer schematischen Darstellung einer anderen Schichtanordnung, die nichteben ist, und
3 eine schematisch dargestellte erste und zweite Schicht, die einen Gradienten aufweisen.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausschnitts aus einem Wasserstoffspeicher 1, der alternierende Schichten aufweist. So ist zum Beispiel eine erste Schicht 2, eine zweite Schicht 3 und eine dritte Schicht 4 abwechselnd angeordnet. So wie in diesem Beispiel dargestellt, weist die erste Schicht 2 zum Beispiel ein wasserstoffspeicherndes Material auf, die zweite Schicht 3 ein wärmeabführendes Material und die dritte Schicht 4 ein gaszu- und gasabführendes Material. Durch eine Verpressung, insbesondere eine isostatische Verpressung ist ermöglich, dass ein sehr inniger Kontakt insbesondere zwischen der wärmeleitenden Schicht und der wasserstoffspeichernden Schicht vorliegt.
2 zeigt einen weiteren Ausschnitt aus einem zweiten Wasserstoffspeicher mit einer schematischen Darstellung einer anderen Schichtanordnung, die nichteben ist. Wie oben erläutert, kann beispielweise eine Materialzuführung derart sein, dass eine Relativbewegung zwischen Kavität und Matreialzuführung ausgeführt wird. Auf diese Weise kann wie dargestellt, eine helixförmige Schicht in einer sie umgebenden Stützschicht erzeugt werden. Auch andere Geometrien können somit entlang einer Achse der Kavität erzeugt werden.
3 zeigt einen Ausschnitt aus einer verpressten Sandwichstruktur 6 mit einer ersten 7 und einer zweiten 8 Schicht. Zwischen der ersten 7 und der zweiten 8 Schicht ist mittels eines durch die beiden Schichten hindurchgezogenen Körpers eine Furche 9 gezogen worden, die zu einer Gradientenbildung 10 in der Sandwichstruktur geführt hat. Die Gradientbildung ist durch die feinere Strichelung angedeutet. Durch ein anschließendes Verpressen dieser beiden Schichten vor erneuter Zuführung von weiterem schichtbildendem Material gelingt eine besonders intensive Sicherung des Gradienten in der Sandwichstruktur.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008006796 A1 [0010]
DE 3639545 C1 [0021]
DE 102010005780 B4 [0031]
DE 102005019132 B4 [0031]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Artikel ”Wet powder spraying – a process for the production of coatings” von A. Ruder, H. P. Buchkremer, H. Jansen, W. Malléner, D. Stöver in „Surface and Coatings Technology”, Volume 53, Issue 1, 24 July 1992, Pages 71–74 [0010]
Dissertation an der Universität Utrecht mit dem Titel „Carbon matrix confined sodium alanate for reversible hydrogen storage” von J. Gao, abrufbar unter http://dspace.library.uu.nl/handle/1874/256764 [0022]
B. Sakietuna et al., International Journal of Energy, 32 (2007), S. 1121–1140 [0022]

Claims

Wasserstoffspeicher umfassend eine wasserstoffdurchlässige Struktur, vorzugsweise eine poröse Struktur, die als Komponente im Wasserstoffspeicher enthalten ist, zum Hindurchströmen eines wasserstoffhaltigen Gases.
Wasserstoffspeicher vorzugsweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein erstes Material und ein zweites Material örtlich getrennt zueinander aufweist, die jeweils separate Schichten bilden, die benachbart zueinander sind, vorzugsweise aneinander stoßen, wobei das erste Material ein primär wasserstoffspeicherndes Material umfasst, und das zweite Material ein primär wärmeleitendes Material ist, wobei das primär wärmeleitende Material sich bevorzugt von einem Inneren des Wasserstoffspeichers zu einem Äußeren des Wasserstoffspeichers erstreckt.
Wasserstoffspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Schicht sich ein Gradient ausbildet, entlang dem ein Übergang von der ersten zu der zweiten Schicht sich über eine Änderung des jeweiligen Materialanteils des ersten und des zweiten Materials vollzieht.
Wasserstoffspeicher vorzugsweise nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffspeicher Komponenten in Form einer Kern-Mantel-Struktur aufweist, bei der der Kern ein erstes Material umfasst und der Mantel ein davon verschiedenes zweites Material umfasst, wobei das erste Material und/oder das zweite Material ein wasserstoffspeicherndes Material aufweisen, wobei die Komponenten vorzugsweise aus der Gruppe umfassend Pulver, Granulen, Flocken, Fasern und/oder andere Geometrien ausgewählt sind.
Wasserstoffspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material des Mantels ein Polymer aufweist, das zumindest wasserstoffdurchlässig gestaltet ist.
Wasserstoffspeicher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ein primär wärmeleitendes Material aufweist und der Mantel ein primär wasserstoffspeicherndes Material.
Wasserstoffspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ein primär wasserstoffspeicherndes Material aufweist und der Mantel ein primär wärmeleitendes Material, wobei das wärmeleitende Material wasserstoffdurchlässig ist.
Wasserstoffspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserstoffspeichernde Material eine wasserstoffdurchlässige Beschichtung aufweist, die ein Oxidation des wasserstoffspeichernden Materials verhindert, wobei die Beschichtung vorzugsweise wasserstoffspeichernd ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoffspeichers, bevorzugt eines Wasserstoffspeichers nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei getrennte Schichten von einem wasserstoffspeicherndem Material und einem wärmeleitenden Material in ein Presswerkzeug gefüllt werden, diese miteinander verpresst werden zur Erzeugung einer Sandwichstruktur, wobei das wärmeleitende Material bei Einsatz der Sandwichstruktur als Wasserstoffspeicher eine Wärmeleitung bevorzugt in einer radialen Richtung des Wasserstoffspeichers übernimmt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallpulver und/oder normaler natürlicher Graphit als wärmeleitendes Material genutzt werden, wobei bei einer Nutzung des normalen natürlichen Graphits bevorzugt dessen linsenförmige Partikel beim Füllen vorzugsweise horizontal ausgerichtet werden, so dass eine Wärmeleitung in Richtung einer hexagonalen Gitterstruktur der Graphitstruktur genutzt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ oder zusätzlich ein oder mehrere Folien aus einem gewalzten expandierten Graphit, Flocken aus einem gewalzten expandierten Graphit und/oder ein Graphitgewebe als wärmeleitendes Material in die Sandwichstruktur eingebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Schichten eines porös bleibenden Materials als Gasleitschichten in die Sandwichstruktur eingebracht und mit gepresst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sandwichstrukturen getrennt voneinander gepresst und anschließend in einem gemeinsamen Behälter angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompaktierung der Schichten mittels einer Rundläuferkompression oder einer Umläuferpresse erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten isostatisch verpresst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Niedertemperaturhydrid und ein Hochtemperaturhydrid im Wasserstoffspeicher verwendet werden.