DE2650276C2 - Titan- und eisenhaltiges Material zur Speicherung von Wasserstoff - Google Patents

Titan- und eisenhaltiges Material zur Speicherung von Wasserstoff

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Description

Die Erfindung bezieht sic1· auf ein Material zur Speicherung von Wasserstoff, das Titan und Eisen in einem gegenseitigen Verhältnis in Grammatom zwisehen 4 :1 und 0,67 :1 enthält, und auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Materials.
Es ist bekannt, daß sich Gemische von Eisen und Titan in Form von Verbindungen und Legierungen zur Speicherung von Wasserstoff unter Bildung von Hydriden unter Druck bei der Umgebungstemperatur eignen. Indem der Druck über dem Material herabgesetzt und/oder das Material erhitzt wird, %-, ird Wasserstoff aus dem Material freigesetzt. In der US-PS 35 16 263 und der US PS 35 08 414 wird ein Material beschrieben, das 35 bis 75 Gew.-% Ti, Rest Fe enthält. In der Praxis stellt sich heraus, daß eine umständliche Behandlung des Materials nach der Herstellung notwendig ist, bevor das Material in der Tat bei der Umgebungstemperatur schnell Wasserstoff aufnehmen W und abgeben kann.
Diese »Aktivierungsbehandlung« kann z. B. darin bestehen, daß das Material im Vakuum unter kontinuierlichem Vakuumpumpen auf eine Temperatur von 400°C oder hoher erhitzt wird, wonach auf Zimmertemperatur abgekühlt und Wasserstoff bis zu einem Druck von etwa 35 bar zugelassen wird; dann wird der Wasserstoff durch Vakuumpumpen und Erhitzung wieder aus dem Material herausgelöst. Dieser Vorgang muß mehrere Male wiederholt werden, um einen derartigen Aktivierungsgrad zu erreichen, daß das Material bei etwa 20°C reversibel mit einer genügenden Geschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Druck über dem Material Wasserstoff aufnehmen und abgeben kann.
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Material zu schaffen, das im Vergleich zu lediglich Titan und Eisen enthältenden Materialien auf einfache Weise bei Zimmertemperatur aktiviert werden kann. Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung des Materials zu schaffen, bei dem im Vergleich zu lediglich Titan und Eisen enthaltenden Materialien die Aktivierung auf einfachere Weise erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit einem Material der eingangs genannten Art gelöst, das ein oder mehrere Metalle aus der durch Chrom, Zirkonium, Mangan und Vanadium gebildeten Gruppe in eine
ίο Menge von 5 bis 30 At-%, auf die Gesamtmenge bezogen, enthält
Das Vorhandensein der genannten Metalle in dem Material hat in vielen Fällen zur Folge, daß bei einein niedrigeren Wasserstoffdruck eine gleiche Menge
•0 Wasserstoff wie bei lediglich Eisen und Titan enthaltenden Materialien absorbiert wird, während die Gesamtabsorptionsfähigkeit in ml Wasserstoff pro Gramm Material im allgemeinen in der gleichen Größenordnung wie bei lediglich Titan und Eisen enthaltenden Materialien liegt Dies hat den Vorteil, daß die Behälter einfacher aufgebaut sein können, weil sie nur gegen verhältnismäßig niedrigere Drücke beständig zu sein brauchen. Weiter wird die Wahlfreiheit größer, so daß es möglich ist für eine gegebene Anwendung ein Material mit den günstigsten Wasserstoffabsorptionseigenschaften heranzuziehen.
Für die Energiespeicherung durch Wasserstoff absorption, wobei in einer einfachen Vorrichtung nur Wasserstoffdrücke von höchstens 2 bar bei etwa 20° C als zulässig angesehen werden, hat sich ein Material, das neben Titan und Eisen in einem gegenseitigen Verhältnis in Grammatom zwischen 2,5 :1 und 1,1 : 1 Mangan in einer Menge von 5 bis 30 At-%, auf die Gesamtmenge bezogen, enthält, als besonders geeignet erwiesen. Ein Beispiel für ein derartiges Material ist
Die Materialien nach der Erfindung werden vorzugsweise dadurch hergestellt, daß ein Material verschmolzen wird, das neben Titan und Eisen in einem gegenseitigen Verhältnis ir. Grammatom zwischen 4 :1 und 0,67 :1 5 bis 30 At.-% eines oder mehrerer Metalle aus der durch Chrom, Zirkonium, Nickel und Mangan gebildeten Gruppe enthält und daß das Material dadurch aktiviert wird, daß es bei der Umgebungstemperatur einer Wasserstoffatmosphäre ausgesetzt wird.
Das Verschmelzen wird in einer nichtoxidierenden, z. B. neutralen oder reduzierenden Atmosphäre oder im Vakuum z. B. mittels Lichtbogenschmelzen durchgeführt. Anschließend wird das Gußstück auf Zimmertemperatur abgekühlt. Erwünschtenfalls kann das Gußstück nun zertrümmert werden. Die Aktivierung kann nun einfach bei etwa 20" C dadurch erfolgen, daß das Material Wasserstoff mit einem Druck von 30 bis 40 bar ausgesetzt wird. Gewöhnlich erreicht das Material bereits nach einem einzigen aus Beladung mit Wasserstoff und anschließender Befreiung von Wasserstoff bestehenden Zyklus seine Höchstkapazität.
Ausführungsbeispiel
Es wurden durch Verschmelzen der betreffenden Elemente in den erforderlichen Mengen Gußstücke mit einer Bruttozusammensetzung, die mit den nachstehenden Brüttöformeln angegeben werden kann, hergestellt.
2, 3. 4. 5.
TiFeo,4Mno,6
Ti05FeZr0,!
6.
7.
8,
9.
10.
11.
Die mit den Bruttozusammensetzungen 1 bis 11 angegebenen Materialien wurden dadurch aktiviert, daß sie bei einer Temperatur von 200C Wasserstoff mit einem Druck von 30 bar ausgesetzt wurden, bis kein Wasserstoff mehr aufgenommen wurde, wonach die
Tabelle
Materialien unter Mussung der Menge absorbierten Wasserstoffs von Wasserstoff befreit wurden. Nach dieser Aktivierungsbehandlung wurde in allen Fällen, in denen die Materialien einer Wasserstoffatmosphäre ausgesetzt wurden, innerhalb einiger Minuten ein Gleichgewicht erreicht In der nachstehenden Tabelle werden für die obengenannten Verbindungen die Aktivierungszeit und die Absorptionskapazität in ml Wasserstoff, bezogen auf 1 bar, pro Gramm Material bei 20° C angegeben.
Bruttozusamrnensetzung TiFe09Cr0., Aktivie-
rungszeiti)		 Absorptions-
kapazitätf)
in ml/g
1 TiFe0-8Cr02 + 225
2 TiFe07Cr03 ++ 223
3 TiFe09Zr0, +++ 229
4 TiFe08Zr0J +++ 241
5 TiFe08Mn02 ++++ 270
6 TiFe04Mn06 ++ 190
7 TiFe09V0., +++ 230
8 TiFe08Vo2 ++ 242
9 Ti09FeZr11, ++++ 273
10 Tio.8FeZro.2 +++ 242
11 +++ 217
TiFe - 230
') langer als 24 Stunden.
+ innerhalb 10 Stunden. ++ innerhalb 5 Stunden. +++ innerhalb 60 Minuten. ++++ innerhalb 5 Minuten.
2) bei einem Wasserstoffdruck von 30bar/20°C.
An Hand der Zeichnung, deren einzige Figur schematisch und teilweise im Schnitt eine Vorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff zeigt, wird die Erfindung nachstehend näher erläutert Eine Vorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff unter Verwendung der Materialien nach der Erfindung enthält in ihrer einfachsten Form einen Behälter 1 für das Material 2, der mit einem Druckmesser 5 versehen ist, eine kombinierte Zu- und Abführungsleitung mit einem regelbaren Verschlußglied 4 für den Wasserstoff und eine Heizeinrichtung 3. Das Beladen des Materials 2 mit Wasserstoff erfolgt dadurch, daß nach Evakuierung des Behälters 1 Wasserstoff in den Behälter 1 hineingepumpt wird, bis der Druck im Behälter den Gleichgewichtsdruck des Materials 2 übersteigt Der Wasserstoff kann aus dem Material 2 dadurch herausgelöst werden, daß der Wasserstoffdruck über dem Material 2 auf einen Wert unterhalb des Gleichgewichtsdrucks herabgesetzt oder daß die Temperatur des Materials 2 auf einen Wert oberhalb der Umgebungstemperatur erhöht wird. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Materialien in diesem Zusammenhang ist der, daß der Gleichgewichtsdruck bei gegebener Temperatur im Vergleich zu lediglich Titan und Eisen enthaltenden Materialien im allgemeinef niedriger ist, so daß die Behälter nicht gegen etwa auftretende hohe Drücke beständig zu sein brauchen, und daß die BehNter bei Aktivierung des Materials nicht hohen Temperaturen ausgesetzt zu werden brauchen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Material zur Speicherung von Wasserstoff, das Titan und Eisen in einem gegenseitigen Verhältnis in Grammatom zwischen 4 :1 und 0,67 :1 enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein oder mehrere Metalle aus der durch Chrom, Zirkonium, Mangan und Vanadium gebildeten Gruppe in einer Menge von 5 bis 30 At-%, auf die Gesamtmenge bezogen, en thai L
2. Material zur Speicherung von Wasserstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material neben Titan und Eisen in einem gegenseitigen Verhältnis in Grammatom zwischen 1f>: 1 und 1,1 :1 Mangan in einer Menge von 5 bis 30 At-°/o, auf die Gesamtmenge bezogen, enthält
3. Verfahren zur Herstellung des Materials zur Speicherung von Wasserstoff nach Anspruch 1, wobei Titan und Eisen in einem gegenseitigen Verhältnis in Grammatom zwischen 4 :1 und 0,67 :1 miteinander verschmolzen werden und das erhaltene Material aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material verschmolzen wird, das 5 bis 30 At-% eines oder mehrerer Metalle aus der durch Chrom, Zirkonium, Nickel und Mangan gebildeten Gruppe enthält, und daß das Material dadurch aktiviert wird, daß es bei de; Umgebungstemperatur einer Wasserstoffatmosphäre ausgesetzt wird.
DE2650276A 1975-11-11 1976-11-02 Titan- und eisenhaltiges Material zur Speicherung von Wasserstoff Expired DE2650276C2 (de)

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