NL193591C - Materiaal om waterstof te absorberen. - Google Patents

Description

1 193591

Materiaal om waterstof te absorberen

De uitvinding heeft betrekking op een uit meerdere componenten bestaand materiaal voor omkeerbare opslag van waterstof.

5 Een dergelijk materiaal is bekend uit de Franse octrooiaanvrage 2.407.169. In dit document wordt de verbetering van magnesium als opslagmateriaal voor waterstof beschreven. Daartoe wordt uit poeder van verschillende metalen een tablet samengesteld, waarna eventueel een thermische behandeling volgt. Het beschreven opslagmateriaal voor waterstof is gebaseerd op een kristallijn gastheermateriaal, dat uit één fase bestaat. Dit bekende materiaal is echter niet in staat gebleken te voldoen aan de hieronder beschreven 10 eisen voor toepassing op grote schaal.

Een materiaal dat in staat is waterstof omkeerbaar te absorberen kan worden gebruikt voor opslag van waterstof voor diverse toepassingen. Deze toepassingen omvatten opslag van waterstof als brandstof aan boord van voertuigen, tijdens vervoer naar andere inrichtingen, voor toekomstig gebruik als brandstof voor machines en als brandstof voor brandstofcellen, die stroom opwekken. Het materiaal kan tevens worden 15 gebruikt in warmtepompsystemen en gaswinningssystemen.

In de laatste jaren is aanzienlijke aandacht besteed aan de toepassing van waterstof als brandstof of als aanvullende brandstof. Terwijl de wereldreserves aan olie snel verminderen blijft de beschikbaarheid van waterstof praktisch onbeperkt. Waterstof kan worden bereid uit steenkool of gevormd door elektrolyse van water. Bovendien kan waterstof worden geproduceerd zonder toepassing van fossiele brandstoffen, b.v.

20 door elektrolyse van water onder toepassing van windenergie of zonne-energie. Verder is waterstof weliswaar duurder dan petroleum, maar toch een betrekkelijk goedkope brandstof. Waterstof heeft de grootste energiedichtheid per gewichtseenheid van alle chemische brandstoffen. Gebruik van waterstof veroorzaakt praktisch geen milieuverontreiniging, omdat het voornaamste product van de verbranding van waterstof bestaat uit water.

25 Hoewel waterstof vele toepassingsmogelijkheden heeft als brandstof is een belangrijk nadeel van zijn toepassing, vooral bij toepassing voor aandrijving van voertuigen, het gebrek aan een aanvaardbaar opslagmedium met klein gewicht voor waterstof. Opslag van waterstof in de vorm van een samengeperst gas omvat de toepassing van grote en zware drukvaten. In een stalen vat of tank van gebruikelijke constructie bestaat slechts ongeveer 1% van het totale gewicht aan waterstofgas, wanneer dat gas in de 30 tank wordt opgeslagen bij een druk van 136 atmosfeer. Om equivalente hoeveelheden energie te krijgen weegt een houder met samengeperste waterstof ongeveer 30 maal zoveel als een gelijkwaardige houder met benzine.

Waterstof kan ook worden opgeslagen als een vloeistof. Opslag als een vloeistof levert echter een ernstig veiligheidsprobleem op wanneer het wordt gebruikt als brandstof voor motorvoertuigen, omdat 35 waterstof zeer ontvlambaar is. Vloeibare waterstof moet ook zeer koud worden gehouden, nl. beneden -253°C en wanneer waterstof wordt gemorst, is het zeer vluchtig. Bovendien is vloeibare waterstof duur om te produceren en de energie die nodig is voor het vloeibaar maken is een aanzienlijk gedeelte van de energie, die kan worden vrijgemaakt door de waterstof te verbranden.

Opslag van waterstof als vast hydride komt wat het gewicht betreft gunstiger uit dan opslag als 40 samengeperst gas of als vloeistof in een drukvat. Bovendien levert opslag van waterstof als een vast hydride minder veiligheidsproblemen op dan die bij opslag van waterstof in houders in de vorm van een gas of een vloeistof. Een gewenst materiaal voor opslag van waterstof moet een grote opslagcapaciteit hebben, berekend op het gewicht van het materiaal, een geschikte desorptietemperatuur, goede opname- en afgiftesnelheid, een goede omkeerbaarheid, het moet bestand zijn tegen vergiftigen door verontreinigingen, 45 met inbegrip van de verontreiniging aanwezig in het waterstof en het moet betrekkelijk goedkoop zijn.

Wanneer het materiaal een van deze eigenschappen mist, zal het niet aanvaardbaar zijn voor toepassing op grote schaal.

Opslag van een grote hoeveelheid waterstof per gewichtseenheid materiaal is een belangrijke overweging bij toepassingen, waarbij het hydride niet stationair blijft. Opslag van een kleine hoeveelheid waterstof, 50 berekend op het gewicht van het materiaal, vermindert de af te leggen afstand van een voertuig en maakt daardoor de toepassing voor dit doel onpraktisch. Een lage desorptietemperatuur is gewenst om de hoeveelheid energie te verminderen, die nodig is om de waterstof weer vrij te maken. Bovendien is een betrekkelijk lage desorptietemperatuur om de opgeslagen waterstof vrij te maken nodig om de beschikbare uitlaatwarmte van voertuigen, machines en soortgelijke inrichtingen efficiënt te kunnen benutten.

55 Een goede omkeerbaarheid is nodig om het opslagmateriaal voor waterstof in staat te stellen meerdere absorptie-desorptiekringlopen te doorlopen, zonder noemenswaardige vermindering van zijn opslagcapaciteit voor waterstof. Een goede absorptie- en desorptiesnelheid is nodig om het mogelijk te maken de waterstof 193591 2 te absorberen en te desorberen in een betrekkelijk korte tijd. Bestendigheid tegen verontreinigingen, waaraan het materiaal tijdens zijn fabricage en tijdens gebruik kan worden blootgesteld, is nodig om verminderen van overigens acceptabele prestaties te voorkomen.

Het gehele terrein van de opslagmaterialen voor waterstof is in het algemeen gebaseerd op de gedachte, 5 dat een bepaald kristallijn gastheermateriaal nodig is, dat uit één fase bestaat. Deze bekende materialen bleken echter niet in staat te voldoen aan de bovengenoemde eisen, die nodig zijn voor toepassing op grote schaal. Een fundamentele beperking voor vele bekende materialen was hun geringe capaciteit voor opslag van waterstof, berekend op het gewicht van het materiaal. Een andere beperking is, dat vele van deze materialen een desorptietemperatuur hebben, die ongewenst hoog is voor vele toepassingen, in het 10 bijzonder die, waarbij de uitlaatenergie van een motor wordt gebruikt om de desorptie-energie te leveren. Vele van de bekende materialen bleken ook zeer gevoelig voor vergiftiging bij blootstellen aan verontreinigingen in de waterstof of uit de omgeving. Bijvoorbeeld kunnen vele kristallijne materialen worden vergiftigd door de aanwezigheid van zuurstof in de waterstof in hoeveelheden van enkele delen per miljoen. Wanneer die materialen eenmaal verontreinigd zijn, verminderen de opslageigenschappen van de materialen 15 aanmerkelijk, waardoor ze onaanvaardbaar worden voor hernieuwd gebruik zonder de materialen eerst te reactiveren. Dit laatste is duur en ingewikkeld. Bestendigheid tegen verontreiniging of vergiftiging is vooral nodig, wanneer men uitgaat van goedkope en onzuivere waterstof. Bijvoorbeeld wordt goedkope en onzuivere waterstof gevormd als bijproduct in de chloor-NaOH-industrie. Verder is het mogelijk, dat men in de toekomst op grote schaal gebruik zal maken van waterstof, bereid uit steenkool. Waterstof, die bereid is 20 uit steenkool of als bijproduct van de chloor-NaOH-industrie kan verontreinigingen bevatten, die in staat zijn vele van de bekende waterstofopslagmaterialen te vergiftigen.

Om de beperkingen te begrijpen van de bekende kristallijne materialen, die uit één fase bestaan, is het nodig het mechanisme te begrijpen van de opslag van waterstof, in het bijzonder met betrekking tot kristallijne gastheermaterialen, die uit één fase bestaan. Hierbij wordt gewoonlijk gebruikgemaakt van het 25 feit, dat waterstof wordt opgeslagen volgens een eenvoudige omkeerbare reactie van een metallisch materiaal M en gasvormige H2 onder vorming van een vast metaalhydride met de formule MHn, waarin n een geheel getal is: M + §H2£MHn 30 Volgens een voorgestelde theorie komt het mechanisme van de waterstofopslag erop neer, dat, zodra gasvormige waterstof in aanraking wordt gebracht met een metaal, dat een hydride kan vormen, een gedeelte van de waterstofmoleculen wordt gedissocieerd tot waterstofatomen door wisselwerking met katalytisch actieve plaatsen op het kristaloppervlak. Wanneer de waterstof eenmaal gedissocieerd is, verkeert het in een vorm, die opslag mogelijk maakt binnen het uit één fase bestaande kristallijne gastheer-35 materiaal. De waterstofatomen dringen het kristalrooster van het gastheermateriaal binnen en nemen daar bepaalde plaatsen in tussen de metaalatomen. Dergelijke opslagplaatsen in een kristalstructuur worden aangeduid als interstitiêle plaatsen. Deze plaatsen moeten een zeker minimumvolume hebben om het waterstofatoom gemakkelijk te kunnen herbergen. Dit stelt een strenge grens aan het aantal waterstofatomen, dat kan worden opgeslagen.

40 Naarmate de druk van het gas wordt vergroot, zal een beperkt aantal waterstofatomen kunnen oplossen in de uit één fase bestaande kristalstructuur. Naarmate de druk verder wordt opgevoerd, begint een metaalhydridefase te ontstaan en het materiaal begint grotere hoeveelheden waterstof te absorberen. In dit stadium bestaat het materiaal uit een mengsel van metaal M en metaalhydride MH„. In theorie zal de met waterstof verzadigde metaalfase uiteindelijk geheel worden omgezet in de metaalhydridefase. Zeer weinig 45 van de uit één fase bestaande kristallijne gastheermaterialen hebben echter noemenswaardige opslagcapaciteit voor waterstof. Geen enkele heeft een capaciteit, die commercieel aanvaardbaar is, en bovendien nog alle andere eigenschappen voor opslag van waterstof, die nodig zijn voor commerciële toepassing op grote schaal. Een belangrijke beperking van de kristalmaterialen die uit één fase bestaan is het resultaat van de betrekkelijk kleine dichtheid van de katalytisch actieve plaatsen en ook van de kleine dichtheid van de 50 interstitiêle opslagplaatsen in dergelijke materialen. De kleine dichtheid aan dergelijke plaatsen levert materialen met een omzettingssnelheid en een waterstofopslagcapaciteit, die beide minder zijn dan gewenst is.

Naast een kleine dichtheid van katalytisch actieve plaatsen wordt de dichtheid van de waterstof-opslagplaatsen of interstitiêle plaatsen beperkt door de gegeven stoechiometrie in de kristallijne gastheer-55 structuren met één fase. Bij kristallijne gastheerstructuren met één fase worden de katalytisch actieve plaatsen in aantal relatief sterk beperkt en ze ontstaan door toevallig optredende oppervlakte-onregelmatigheden, welke de periodiciteit van de kristalstructuur uit één fase onderbreken. Enkele 3 193591 voorbeelden van dergelijke onregelmatigheden aan het oppervlak zijn dislocatieplaatsen, kristaltreden, oppervlakteverontreinigingen en geadsorbeerde vreemde stoffen. Deze onregelmatigheden treden alleen op in betrekkelijk kleine aantallen op het oppervlak van een kristallijn materiaal uit één fase en niet door de gehele massa heen.

5 De dichtheid van de katalytisch actieve plaatsen kan enigszins vergroot worden door mechanisch kraken van de kristalstructuur of door daaruit een poeder te vormen om zodoende het oppervlak te vergroten. Poeders kunnen echter bij toepassing een probleem vormen, want wanneer later de opgeslagen waterstof uit het hydride wordt vrijgemaakt, kunnen poederdeeltjes worden meegesleept met het waterstofgas, wanneer dit wordt weggepompt naar de plaats waar het als brandstof zal worden gebruikt.

10 De bekende metallische kristallijne waterstofopslagmaterialen, die uit één fase bestaan omvatten magnesium, magnesium-nikkel, vanadium, ijzer-tiaan, lanthaan-nikkel. Geen enkele van deze bekende materialen heeft alle vereiste eigenschappen, nl. grote opslagcapaciteit, aanvaardbare desorptietemperatuur, enz. die nodig zijn voor het opslagmedium voor commercieel gebruik op grote schaal. Bijvoorbeeld kan kristallijn magnesiumhydride in theorie waterstof opslaan in een hoeveelheid van ongeveer 7,6 gew.%, 15 berekend volgens de formule:

U

% opslag + x 100 waarin H het gewicht is van de opgeslagen waterstof en M het gewicht van het materiaal, waarin de waterstof wordt opgeslagen (alle opslagpercentages worden in het hieronder volgende berekend volgens 20 deze formule). Terwijl een opslagcapaciteit van 7,6% geschikt is voor opslag van waterstof aan boord voor aandrijving van voertuigen, maken de andere eigenschappen van magnesium bij opslag van waterstof het ongeschikt voor algemeen gebruik.

Magnesium is zeer moeilijk te activeren; zo vermeldt het Amerikaanse octrooischrift 3.479.165, dat het nodig is magnesium te activeren om opperviaktebarrières te verwijderen bij temperaturen van 400-425°C en 25 bij 70 atmosfeer gedurende enkele dagen om een redelijke (90%) omzetting in het hydride te verkrijgen. Bovendien vereist desorptie van dergelijke hydriden typisch verhitting op betrekkelijk hoge temperaturen voordat de desorptie begint. Het genoemde octrooischrift vermeldt, dat het MgH2-materiaal moet verhit worden op 277°C vóór de desorptie begint en op aanzienlijk hogere temperaturen gedurende een aanzienlijke tijd om een aanvaardbare afgiftesnelheid te verkrijgen. De hoge desorptietemperatuur maakt het 30 magnesiumhydride ongeschikt voor vele toepassingen, in het bijzonder die toepassingen, waarin men afvalwarmte wil gebruiken voor de desorptie, zoals de uitlaatwarmte uit een verbrandingsmotor.

De andere hierboven genoemde kristallijne materialen, die uit één fase bestaan, hebben het eveneens niet gebracht tot commerciële toepassing. IJzertitaanhydride heeft een zeer kleine waterstofopslagcapaciteit, van slechts 1,75%. Andere uit één fase bestaande kristallijne opslagmaterialen voor waterstof hebben alle 35 een onaanvaardbaar lage opslagcapaciteit. Bijvoorbeeld hebben Mg2NiH2,VH2, en LaNi5H7 een theoretische capaciteit van slechts 3,16%, 2,07% en 1,37%. Bij enkele van de bekende materialen was een ander nadeel het gebrek aan het vermogen om de materialen in een aanvaardbare tijd te beladen. Samenvattend verschaft geen van de bekende uit één fase bestaande kristallijne gastheerstructuren een waterstofopslag-materiaal, dat commercieel aanvaardbaar is.

40 Het gehele terrein werd beheerst door het feit, dat een bepaalde kristalstructuur nodig is, zie b.v. Hydrogen Storage in Metal Hydride, Scientific American, Vol. 242, Nr. 2, biz. 118-129, februari 1980.

De onderhavige uitvinding beoogt een materiaal voor omkeerbare opslag van waterstof te verschaffen, dat niet de hierboven beschreven nadelen heeft, en dat zodanige eigenschappen heeft dat commerciële toepassing mogelijk is.

45 Gevonden is dat genoemd doel wordt bereikt door in een gastheermateriaal ten minste één modificerend element op te nemen, dat wanorde veroorzaakt in de kristalstructuur van het gastheermateriaal. De uitvinding betreft derhalve een uit meerdere componenten bestaand materiaal voor omkeerbare opslag van waterstof, met het kenmerk, dat het materiaal aan gastheermatrix omvat, welke gastheermatrix bestaat uit ten minste één vast element met een atoomnummer kleiner dan 22 en welke ten minste één modificerend 50 element bevat, gekozen uit elementen met een atoomnummer kleiner dan 22 of behorend tot de overgangsmetalen of zeldzame aardmetalen, welk modificerend element wanorde veroorzaakt in de kristalstructuur van de gastheermatrix, waardoor de waterstofopslageigenschappen worden verbeterd.

De nadelen van de bekende materialen worden volgens de uitvinding overwonnen door waterstofopslagmaterialen met een wanordelijke structuur te gebruiken, welke kunnen worden ontworpen om alle eigen-55 schappen van waterstofopslagmaterialen te verkrijgen, die gewenst zijn voor een uitgebreide reeks commerciële toepassingen. De waterstofopslagmaterialen volgens de uitvinding kunnen een grotere waterstofopslagcapaciteit hebben dan de uit één fase bestaande kristallijne gastheermaterialen. De 193591 4 bindingssterkte tussen de waterstof en de opslagplaatsen in deze materialen kan naar behoefte worden aangepast om een spectrum te geven van bindingseigenschappen, zodat men daardoor de gewenste absorptie- en desorptie-eigenschappen verkrijgt. De materialen volgens de uitvinding hebben eveneens een sterk vergrote dichtheid van katalytisch actieve plaatsen, welke de waterstofopslagsnelheid verbeteren en de 5 bestendigheid tegen vergiftiging vergroten. Verschaffen van de juiste plaatselijke structuur en chemische ordening van het materiaal volgens de uitvinding is van groot belang om de gewenste eigenschappen te verkrijgen. Amorfe materialen, die slechts over korte afstanden een ordening vertonen, kunnen worden toegepast, evenals kristallijne materialen, die een ordening vertonen over grotere gebieden, maar in die materialen wordt de structuur opzettelijk gemodificeerd om de dichtheid van katalytisch actieve plaatsen en 10 waterstofopslagplaatsen te vergroten tot een waarde boven die, welke mogelijk was bij de bekende materialen.

De verbeterde eigenschappen voor opslag van waterstof die volgens de uitvinding worden verkregen, kunnen teweeg worden gebracht door manipuleren van de plaatselijke chemische ordening en daardoor van de plaatselijke structuurordening door in een gastheermatrix juist gekozen modificerende elementen te 15 verwerken en zodoende het gewenste materiaal met een wonderlijke structuur te verkrijgen. Het gewenste, uit meerdere componenten bestaande materiaal met een wanordelijke structuur kan amorf zijn, polykristallijn (maar zonder ordening van de samenstelling over grotere gebieden) of microkristallijn of het kan een innig mengsel zijn van een combinatie van twee of meer van die fasen.

Het uitgangspunt voor de waterstofopslagmaterialen volgens de uitvinding is een gastheermatrix met 20 klein gewicht. Deze gastheermatrix wordt structureel gemodificeerd met gekozen modificerende elementen onder verschaffen van een materiaal met verstoorde ordening en met plaatselijke chemische omgevingen, die materialen verschaffen met de gewenste waterstofopslageigenschappen. Modificeren van de plaatselijke chemische ordening van de gastheermatrix door een modificerend element met klein gewicht, levert een aanzienlijke verbetering in de waterstofopslagcapaciteit. Modificeren met een overgangselement of met een 25 zeldzame aardelement levert structureel gemodificeerde plaatselijke chemische omgevingen, welke de waterstofabsorptie- en desorptie-eigenschappen verbeteren. De materialen met verstoorde ordening volgens de uitvinding zijn ontworpen om een sterk vergroot aantal actieve plaatsen te bevatten, waardoor de bestendigheid van het materiaal tegen vergiftiging wordt vergroot. Zo kunnen de waterstofopslageigenschappen van het materiaal met verstoorde ordening volgens de uitvinding beheerst worden gewijzigd, 30 afhankelijk van de modificerende elementen, die gebruikt worden om de waterstofopslagmaterialen met gewenste eigenschappen te verkrijgen.

De uitvinding verschaft materialen met plaatselijke chemische omgevingen, welke naar behoefte kunnen worden ontworpen om sterk verbeterde waterstofopslageigenschappen te vertonen. Het manipuleren van de plaatselijke chemische omgevingen van de materialen wordt mogelijk gemaakt door toepassing van een 35 gastheermatrix, die volgens de uitvinding structureel kan worden gemodificeerd met andere elementen onder vorming van een sterk vergrote dichtheid van katalytisch actieve plaatsen voor dissociatie van waterstofmoleculen en een vergrote opslagcapaciteit voor waterstof. Deze toename in waterstofopslagcapaciteit kan ontstaan door toename in de dichtheid van de waterstofopslagplaatsen of door vermindering van het gewicht van het opslagmateriaal. Dergelijke gestoorde materialen zijn, anders dan de 40 specifieke en starre structuur van de kristallijne gastheermaterialen die uit eindfasen bestaan, uitstekend geschikt voor manipulatie, omdat ze niet beperkt zijn door de symmetrie van een kristalrooster dat uit één fase bestaat of door stoechiometrie. Door geen gebruik te maken van materialen met een dergelijke beperkte kristalsymmetrie van één fase, wordt het mogelijk een aanzienlijke verandering te verkrijgen van de plaatselijke structurele chemische omgeving, die betrokken is bij de opslag van waterstof onder grote 45 verbetering van de waterstofopslageigenschappen van de materialen.

In de gestoorde materialen volgens de uitvinding wordt het mogelijk ongebruikelijke elektronenconfiguraties te verkrijgen, die het gevolg zijn van wisselwerking tussen nabije buren, tussen geïsoleerde paren, microholten, vrije bindingen en niet gevulde of vrije banen. Deze ongebruikelijke elektronenconfiguraties kunnen in wisselwerking treden met de modificerende elementen volgens de uitvinding, die in 50 de gastheermatrix zijn verwerkt. De gemodificeerde plaatselijke structurele ordening en daarmede elektronenconfiguratie van de matrix vergroten het aantal plaatsen voor dissociatie van waterstof of opslag van waterstof aanzienlijk, afhankelijk van de gebruikte modificator of modificators, en van de niet in evenwicht verkerende manier waarop ze daarin zijn verwerkt.

De wanorde in het gemodificeerde materiaal kan van atomaire aard zijn in de vorm van een wanordelijke 55 samenstelling of een wanordelijke configuratie, welke aanwezig is door het gehele materiaal heen of in talrijke gebieden in het materiaal. De wanorde kan ook in de gastheermatrix worden teweeggebracht door in dat materiaal microscopische fasen te creëren, welke de wanorde in samenstelling of configuratie op 5 193591 atomaire schaal inhiberen door de relatie van de ene fase tot een andere. Bijvoorbeeld kan men materialen met een wanordelijke structuur creëren door invoeren van microscopische gebiedjes van een ander soort of soorten van kristalfasen of door invoeren van gebieden van een amorfe fase of fasen of door invoeren van gebieden van een amorfe fase of fasen naast gebieden van een kristallijne fase of fasen. De grensvlakken 5 tussen deze verschillende fasen kunnen oppervlakken verschaffen, die rijk zijn aan plaatselijke chemische omgevingen, die talrijke gewenste plaatsen verschaffen voor dissociatie en/of opslag van waterstof.

De in orde verstoorde materialen volgens de uitvinding hebben alle een kleinere ordening dan de sterk geordende kristalstructuren, die de uit één fase bestaande gastheemnatrices verschaffen, die tot dusver werden gebruikt voor opslag van waterstof. De typen van wanordelijke structuren, welke de plaatselijke 10 structurele chemische omgevingen verschaffen voor de verbeterde opslageigenschappen van waterstof volgens de uitvinding omvatten uit meerdere componenten bestaande polykristallijne materialen, waarin een over grote gebieden bestaande ordening van samenstelling ontbreekt, microkristallijne materialen, amorfe materialen met één of meer fasen of uit meerdere fasen bestaande materialen, die zowel amorfe als kristallijne fasen bevatten of mengsels daarvan.

15 Zoals hieronder nader wordt beschreven kan een groep modificerende elementen, nl. overgangs-elementen of zeldzame aardmetalen in de gastheermatrix worden verwerkt om de plaatselijke structurele chemische omgeving te modificeren onder verschaffen van een grotere dichtheid aan katalytisch actieve plaatsen voor dissociatie van waterstofmoleculen. Deze modificerende elementen kunnen ook waterstof-opslagplaatsen verschaffen, waar waterstofatomen kunnen worden opgeslagen met een kleinere bindings-20 sterkte, waardoor de desorptietemperatuur wordt verlaagd. Een tweede type modificator, een licht modificerend element, is in staat plaatselijke chemische omgevingen structureel te modificeren onder verschaffen van een vergroot aantal opslagplaatsen.

De gastheermatrix volgens de uitvinding is in staat structureel te worden gemodificeerd om de waterstof-opslagcapaciteit te verbeteren, onafhankelijk van de verbetering van absorptie- en desorptietemperaturen en 25 van de omzettingssnelheid. Dit komt omdat sommige modificerende elementen in de gastheermatrix worden verwerkt om de plaatselijke structurele chemische omgevingen te veranderen en daardoor het aantal katalytische actieve plaatsen te vergroten, met als primair effect dat de absorptie- en desorptiesnelheid worden verbeterd en de absorptie- en desorptietemperaturen worden verlaagd, terwijl andere elementen in de matrix worden verwerkt met als primair resultaat, dat de dichtheid van de plaatsen voor opslag wordt 30 vergroot. Verder heeft modificeren door de elementen met klein gewicht om de waterstofopslagcapaciteit van de gastheermatrix te vergroten geen nadelige invloed op de absorptie- en desorptietemperaturen en kinetica. In feite worden de absorptie- en desorptietemperaturen en de kinetica van het gemodificeerde materiaal zelfs verbeterd, al is het niet bij benadering in dezelfde mate als wordt verschaft door modificatie met de overgangseiementen of met de zeldzame aardmetalen. Omgekeerd zal modificatie door een 35 overgangselement of door een zeldzaam aardmetaal om de absorptie- en desorptietemperaturen en de kinetica te verbeteren, ook de waterstofopslagcapaciteit verbeteren, al gebeurt ook dit niet bij benadering in dezelfde mate als mogelijk is door modificatie met een licht element, zoals uit de voorbeelden zal blijken vermindert ook modificatie met sommige elementen met klein gewicht, b.v. aluminium, eveneens de bindingsenergie van de waterstof, zodat materialen ontstaan met een aanzienlijk lagere desorptietempera-40 tuur en een aanzienlijk grotere waterstofopslagcapaciteit.

Een ander voordeel van gebruik van een materiaal met een wanordelijke structuur is, dat met dergelijk materiaal katalytisch actieve plaatsen kunnen worden verdeeld door de gehele massa van het materiaal heen. In een gastheerkristalstructuur die uit één fase bestaat kunnen katalytisch actieve plaatsen alleen voorkomen op een betrekkelijk klein aantal toevallig optredende onregelmatigheden aan het oppervlak van 45 het materiaal. In een gemodificeerd materiaal met een wanordelijke structuur is het optreden van katalytisch actieve plaatsen niet beperkt tot alleen het oppervlak van het materiaal. In tegenstelling tot een kristalstructuur, die uit één fase bestaat, hebben de materialen volgens de uitvinding een driedimensionale wanorde, waarin de actieve plaatsen zijn verdeeld door de massa van het materiaal heen. Ze verschaffen dus een aanzienlijk vergroot oppervlak, dat niet alleen afhankelijk is van de aanwezigheid van barsten, holten en 50 korrelgrenzen. De waterstofopslagmaterialen volgens de uitvinding hebben een sterk vergrote dichtheid van katalytisch actieve plaatsen, wat leidt tot een aanzienlijke verbetering van de waterstofabsorptie- en desorptie-kinetica tijdens gebruik als medium voor opslag van waterstof.

Naast de vergrote dichtheid van de katalytisch actieve plaatsen voor dissociatie van waterstof bezitten de materialen met een wanordelijke structuur ook een vergrote dichtheid van plaatsen, waarop waterstofatomen 55 kunnen worden opgeslagen. De materialen met een wanordelijke structuur zijn niet beperkt tot alleen interstitiële opslag van waterstof, zoals het geval is bij kristallijne materialen met één fase. In plaats daarvan worden de waterstofatomen opgeslagen op plaatsen, gecreëerd door de plaatselijke chemische omgevingen 193591 6 van de gastheermatrix, welke zijn gemodificeerd volgens de uitvinding om een vergroot aantal waterstof-opslagplaatsen te verschaffen.

Een ander voordeel van de gastheermatrix volgens de uitvinding is, dat deze kan worden gemodificeerd over een praktisch continu gebied van variërende percentages modificerende elementen. Deze mogelijkheid 5 maakt het mogelijk, de gastheermatrix te manipuleren met modificators, zodat men waterstofopslag-materialen kan ontwerpen en bereiden met eigenschappen, die geschikt zijn voor bepaalde toepassingen.

Dit staat in tegenstelling tot de uit één fase bestaande gastheerkristallen met meerdere componenten, welke gewoonlijk een zeer beperkt gebied van stoechiometrie hebben. Een continu regelgebied van de chemische structurele modificatie van de thermodynamica en omzettingssnelheden van dergelijke kristallijne materialen 10 is daardoor niet mogelijk.

Ook porositeit kan een belangrijke parameter zijn voor de waterstofopslagmaterialen. In de materialen met een wanordelijke structuur volgens de uitvinding kan porositeit worden ontworpen. Deze porositeit kan tijdens de vorming van het materiaal worden beheerst of na de vorming van het materiaal.

Een ander voordeel van de waterstofopslagmaterialen volgens de uitvinding is, dat ze veel beter bestand 15 zijn tegen vergiftiging. Zoals reeds gezegd hebben de materialen volgens de uitvinding een veel grotere dichtheid aan katalytisch actieve plaatsen. Daardoor kan een zeker materiaal van dergelijke plaatsen worden opgeofferd aan de effecten van giftige stoffen, terwijl toch nog een groot aantal niet vergiftigde actieve plaatsen overblijft om doorlopend de gewenste waterstofopslagkinetica te verschaffen.

Een verder voordeel van deze materialen met een wanordelijke structuur is, dat zij kunnen worden 20 ontworpen om mechanisch meer flexibel te zijn dan uit één fase bestaande kristalmaterialen. De materialen met een wanordelijke structuur zijn daardoor in staat tot meer vervorming tijdens expansie en contractie, hetgeen leidt tot grotere mechanische stabiliteit tijdens absorptie* en desorptie.

De specifieke elementen, die worden gebruikt om de waterstofopslagmaterialen volgens de uitvinding te vormen, worden hierna genoemd. De gastheermatrix, welke de basis vormt voor de materialen met een 25 wanordelijke structuur is een vast element met klein gewicht. Zoals reeds gezegd Is voor waterstofopslag voor verplaatsbare toepassingen een grote opslagcapaciteit nodig per gewichtseenheid opslagmateriaal om algemene commerciële toepassing mogelijk te maken. Daarom wordt volgens de uitvinding een gastheermatrix gebruikt van een vast element met klein gewicht. Onder een element met klein gewicht wordt hier verstaan elk van de elementen met een atoomnummer van 22 of minder. Bijvoorbeeld kan men voor 30 toepassing in de gastheermatrix de elementen magnesium, silicium, aluminium, borium, calcium en koolstof gebruiken.

Om de waterstofopslagcapaciteit van de gastheermatrix te vergroten, kan men ten minste één ander element met klein gewicht in de gastheermatrix verwerken om de plaatselijke structurele chemische omgevingen in de matrix te modificeren en de dichtheid van de waterstofopslagplaatsen sterk te vergroten. 35 Bij voorkeur heeft het modificerend element een kleiner gewicht dat het element van de gastheermatrix. Toevoegen van een lichter element geeft het voordeel, dat de dichtheid van het waterstofopslagmateriaal kleiner wordt, zonder dat de dichtheid van de actieve plaatsen kleiner wordt, waardoor een groter percentage waterstof kan worden opgeslagen, berekend op het gewicht van het materiaal. Verwerking van het lichte element vindt echter hoofdzakelijk plaats om de plaatselijke chemische omgevingen in structuur te 40 veranderen, waardoor de opslagcapaciteit van het verkregen wanordelijke materiaal (uitgedrukt in gewichts-procent waterstof) verder wordt vergroot dan het gevolg zou zijn van alleen vermindering in de dichtheid van het materiaal.

Modificatie van de gastheermatrix met ten minste één overgangsmetaal of één zeldzaam aardmetaal levert een groter aantal katalytisch actieve plaatsen. Een dergelijk materiaal verschaft tevens een breed 45 spectrum van bindingsmogelijkheden, zoals kleinere bindingsenergieën tussen de waterstofatomen en de opslagplaatsen. Een dergelijk bindingsspectrum is niet mogelijk bij gastheerkristalstructuren met één fase, waarin de covalente binding zeer specifiek en eenvormig is. Dit bindingsspectrum maakt het de waterstofatomen mogelijk te worden geadsorbeerd en gedesorbeerd bij lagere temperaturen hetgeen bijzonder belangrijk is voor toepassingen waarbij de desorptie-energie moet worden geleverd door afvalwarmte.

50 Kleine hoeveelheden van de overgangsmetalen en zeldzame aardmetalen zijn bijzonder geschikt als modificators door de in deze elementen aanwezige d- en f-band banen. Modificatie van de gastheermatrix met d- of f-bandelementen heeft een diep ingrijpend effect op de niet in evenwicht verkerende elektronische eigenschappen van de plaatselijke structurele chemische ordening van het materiaal. Bijvoorbeeld wordt de dichtheid van de toestanden sterk vergroot op het Fermi-niveau door wisselwerking van d-band toestanden 55 van de elementen met andere d-band banen van andere gemodificeerde elementen, welke verdeeld zijn in de gemodificeerde materialen volgens de uitvinding. Daardoor kunnen de desorptietemperaturen en de kinetica een onafhankelijk regelbare parameter worden, afhankelijk van het element of de elementen, die 7 193591 gebruikt worden voor modificatie en de hoeveelheid daarvan die in de gastheermatrix is verwerkt.

Bereiding van opslagmaterialen

Een aantal waterstofopslagmaterialen werd bereid volgens de uitvinding. Van deze materialen werden de 5 opslagcapaciteit, de absorptie- en desorptiesnelheden en de absorptie- en desorptietemperaturen bepaald. Zoals uit onderstaande resultaten zal blijken, leveren de gemodificeerde materialen met een wanordelijke structuur volgens de uitvinding waterstofopslagmaterialen op met verbeterde waterstofopslagcapaciteit, verbeterde kinetica en met gunstige desorptietemperaturen. Bovendien blijkt, dat modificatie van de gastheermatrix de desorptie-eigenschappen kan verbeteren zonder nadelige invloed op de waterstoffe opslagcapaciteit of omgekeerd.

Het gastheermatrixelement, dat gebruikt werd om de principes van de uitvinding te verifiëren, was magnesium, hoewel, zoals reeds gezegd, ook andere vaste elementen gebruikt kunnen worden als gastheermatrix. Verschillende elementen werden gebruikt om de magnesiummatrix te modificeren en zijn waterstofopslageigenschappen te verbeteren. Voorbeelden van de modificerende elementen met klein 15 gewicht, die werden gebruikt om de waterstofopslagcapaciteit te vergroten, zijn koolstof, aluminium en zuurstof. Zoals uit onderstaande tabellen blijkt, werd in sommige gevallen slechts één modificerend element met klein gewicht gebruikt, terwijl in andere gevallen meerdere van dergelijke modificerende lichte elementen werden gebruikt. Om de waterstofdesorptie-eigenschappen van de gastheermatrix te verbeteren, werden verschillende overgangsmetalen als modificator gebruikt, waaronder ijzer, koper en nikkel. Evenals bij de 20 modificators met klein gewicht, werd in sommige gevallen de modificatie van de gastheermatrix uitgevoerd met slechts één overgangsmetaal en in andere gevallen met een aantal van dergelijke modificerend elementen. Ook werd een aantal materialen bereid, waarin de gastheermatrix selectief was gemodificeerd met zowel een licht element als met een overgangselement.

De methode, die werd gebruikt voor de bereiding van het materiaal was kathodeverstuiven. Kathode-25 verstuifmethoden zijn gunstig voor de optimisatie van het materiaal omdat het een betrekkelijk snelle methode is om verschillende materialen te bereiden, zodat een snelle sortering van de verschillende materialen mogelijk is om hun waterstofopslageigenschappen te bepalen. Kathodeverstuiven is ook een geschikte methode om de materialen te bereiden omdat die methode geschikt is voor de bereiding van materialen met een wanordelijke structuur en een innig mengen mogelijk maakt van het gastheermatrix-30 element en de modificerende elementen op een atomaire schaal, zodat chemische modificatie van de plaatselijke ordening gemakkelijk kan worden uitgevoerd. Hoewel kathodeverstuifmethoden in detail zijn beschreven, zijn al de daarmee verbonden massatechnieken, die leidden tot dezelfde wanordelijke materialen eveneens binnen de uitvinding toepasbaar. De kathodeverstuiftechnieken zijn geschikt voor commerciële productie van sommige toepassingen van waterstofopslagmaterialen.

35 De monsters werden bereid onder toepassing van ofwel een Veeco R.F. Sputtering Unit of een Sloan SL 1800 Magnetron Sputtering System. Een voordeel van het genoemde Sloan-systeem boven de Veeco-eenheid is, dat die meer dan één doel kan behandelen, zodat elk van de kathodeverstoven elementen een afzonderlijk substraat kan krijgen. De Veeco-eenheid is ingericht voor slechts één doelwit en om toch kathodeverstuiven van meer dan één element mogelijk te maken, bestond het doel uit meerdere elementen. 40 Zo bestond het doel van de Veeco uit een magnesiumbasis met secties van gewenste modificerende elementen, die aan deze basis waren gehecht.

Een of meer substraten werden in de vacuümkamer van de kathodeverstuifmachine gebracht en de kamer werd geëvacueerd tot een achtergronddruk, die typisch ongeveer 1 x 10-6 mm Hg was. Typisch werd argongas in de kamer gebracht bij een partiële druk van ongeveer 6,0 x 10"3 mm Hg. Het relatieve 45 percentage van de elementen in de materialen, die samen op het substraat werden afgezet, werden geregeld op verschillende manieren, afhankelijk van de gebruikte kathodeverstuifmachine. Op de Sloan-machine werd het relatieve percentage beheerst door variëren van de grootte van de magnetische flux bij elk doel. In de Veeco die slechts één doel had werd de samenstelling van het afgezette materiaal beheerst door de relatieve percentages van de elementen op het blootliggende oppervlak van het doel en door de 50 plaatsing van substraten relatief ten opzichte van het doel. In sommige gevallen vond het afzetten van de kathodeverstoven elementen plaats bij aanwezigheid van een reactief gas, b.v. zuurstof of methaan, zodat zuurstof of koolstofatomen als modificators in het afgezette materiaal werden verwerkt. Deze techniek was bijzonder nuttig voor verwerken van gasvormige elementen in het wanordelijke materiaal.

55 Activeren

Het activeren, zoals hieronder wordt beschreven, is essentieel de werkwijze waarbij de aanvankelijke absorptie van waterstof in het opslagmateriaal wordt verkregen. Een latere absorptie van waterstof na deze 193591 8 eerste absorptiebehandeling gevolgd door desorptie wordt aangeduid als beladen. Dit onderscheid wordt gemaakt omdat de eerste absorptie of activering van het materiaal gewoonlijk moeilijker is dan latere beladingsbewerkingen. Eén theorie vermoedt, dat tijdens het activeren een oppervlaktehuis van het opslagmateriaal, die tijdens de fabricage van het materiaal is gevormd, moet worden verwijderd om een 5 betere toegang van de waterstof tot het materiaal mogelijk te maken. Een later beladingsproces tot ongeveer dezelfde of een grotere hoeveelheid waterstof kan veel sneller worden uitgevoerd en met een minder ingewikkelde werkwijze omdat deze oppervlaktelaag reeds is verwijderd door de eerste activering.

Om de prestaties van de verschillende materialen beter te kunnen vergelijken werden alle materialen geactiveerd op precies dezelfde manier. Typisch werd de activering op de volgende wijze uitgevoerd: 10 1. Het materiaal werd gebracht in een roestvrij stalen reactievat en dit vat werd geëvacueerd tot een druk van 10‘5 mm Hg; 2. dit vat werd 1 uur verhit op 200°C; 3. waterstof werd in het reactievat gevoerd bij een druk van 70 atmosfeer; 4. het vat werd 3 uur verhit op 400°C; 15 5. de temperatuur van het vat werd 1 uur gehouden op 300°C; 6. de temperatuur van het vat werd verminderd tot 200°C en daar een nacht lang gehouden; 7. de waterstof werd afgelaten, terwijl de temperatuur op 200°C werd gehouden en 8. het vat werd geëvacueerd tot een druk van 10'5 mm Hg en de temperatuur werd geleidelijk opgevoerd tot 300°C en daar ongeveer 30 minuten gehouden.

20 Vervolgens werden de trappen 3-8 van de bovengenoemde werkwijze nog eens 2-4 maal herhaald om het activeren te voltooien.

De bovengenoemde activeringsmethode werd in de eerste plaats gebruikt om de proefresultaten te standaardiseren, en deze zijn niet steeds alle nodig. Bijvoorbeeld bleek, dat slechts 2 cycli van de bovengenoemde procedure een materiaal praktisch volledig konden activeren. Verder kunnen deze cycli ook 25 worden uitgevoerd bij een verminderde druk van 35 atmosfeer voor trap 3 en bij een lagere temperatuur, nl. 350°C voor trap 4. Aangenomen wordt, dat verdere vereenvoudigingen in de activeringsprocedure mogelijk is bij de waterstofopslagmaterialen volgens de uitvinding, maar dit wordt niet beschouwd als een kritische parameter voor de uitvinding.

30 Onderzoek

Verschillende proeven werden uitgevoerd om de prestaties van de ontworpen materialen te bepalen. Dit omvatte desorptieproeven, die uitgevoerd werden om de hoeveelheid waterstof in het materiaal (gewichts-procent) te bepalen. De desorptieproeven verschaften eveneens gegevens over de aanvankelijke desorptie-temperatuur en de typische desorptietemperatuur, waarbij waterstof in betrekkelijk korte tijd vrijkomt. Een 35 chemische analyse werd uitgevoerd op de monsters om de samenstelling te bepalen. Vele monsters werden eveneens onderzocht door röntgendiffractie om de mate van wanorde in de opslagmaterialen te bepalen en de resultaten daarvan klopten met de uitvinding. Ook werden proeven op sommige materialen uitgevoerd om de omkeerbaarheid van de wanordelijke materialen volgens de uitvinding te bepalen.

40 TABEL A

Mg gemodificeerd met koolstof en zuurstof

Samenstelling (atoom Gew.% H2 opslag Typische desorptietemperatuur °C

%) 45 - ^975.3^7,0^17,8 8,21 340°

Mgeo.2Ci6.7O3,, 11,7 400° M987.5C1 o.302>2 7,9 340°

Mg92C5 902in 8,04 340 tot 500° 50 Mgg6i2C3Oo.e 8,0 340°

Tabel A toont representatieve resultaten van een magnesiummatrix, gemodificeerd met koolstof en zuurstof. Het Mg^C,6 7031-mate riaal leverde een uitstekende opslagcapaciteit van 11,7%. Ook de absorptie-55 snelheid van de materialen tijdens het beladen bleek zeer goed. Bijvoorbeeld werd het MgaogC^Og,-materiaal beladen door het te plaatsen in een reactievat bij 400°C met waterstofgas onder een druk van 70 atmosfeer. Het materiaal absorbeerde onder deze omstandigheden 90% van zijn uiteindelijke capaciteit in 9 193591 ' slechts 1 minuut beladingstijd. 95% van zijn capaciteit werd geabsorbeerd in 90 minuten. Ter vergelijking:

Als volledige capaciteit werd beschouwd de hoeveelheid waterstof, die door het materiaal wordt geabsorbeerd tijdens de eerste activeringsprocedure. De desorptiesnelheid werd eveneens voor dit materiaal bepaald. Bij een desorptietemperatuur van 400°C werd een hoeveelheid waterstof overeenkomend met bijna 5 60% van de capaciteit vrijgemaakt in de eerste 10 minuten, 80% binnen 30 minuten en 100% in 90 minuten. Dit materiaal had een wanordelijke structuur, bestaande uit gemengde amorfe en kristaliijne fasen. De wanordelijke structuur verschafte plaatselijke chemische omgevingen, die waren gemodificeerd door de koolstof- en zuurstofatomen, waardoor een grotere dichtheid van opslagplaatsen werd verschaft. Dit monster leverde een opslagcapaciteit, die 4,1% groter was dan die welke theoretisch mogelijk is met een uit één 10 fase bestaande kristaliijne magnesiumstructuur.

TABEL B

Mg gemodificeerd met Fe

15 Samenstelling Gew.% H2 opslag Typische desorptietemperatuur, °C

Mg9oFe10 2,20 400° ^970,7^®29,5 4,00 320° ^9s4,6^®45.4 3,64 320° 20 Mg41sFe585 2,3 320°

Mg3oFe7o 0,8 320°

Tabel B toont enige resultaten van modificatie van de lichte matrix van magnesium met een overgangs-25 element, zoals ijzer. Dit materiaal vertoont enkele zeer gunstige eigenschappen. Bijvoorbeeld zijn de absorptie- en desorptiesnelheid aanzienlijk beter dan die bij de kristaliijne magnesiumstructuur met één fase. Zo werd 90% van de capaciteit aan waterstof vrijgemaakt in minder dan 1 uur uit het MgS4 6Fe45 4-materiaal. Wanneer men het percentage ijzer vergroot van 10 tot 30%, worden de aanvankelijke desorptietemperatu-ren van de materialen lager en tegelijk neemt de opslagcapaciteit van het materiaal regelmatig toe. Bij meer 30 dan 30 atoom-% begint de opslagcapaciteit van de materialen te verminderen. Opgemerkt wordt verder dat deze materialen niet vervaardigd kunnen worden met gebruikelijke technieken en daarom unieke materialen zijn.

TABEL C

35 -

Mg gemodificeerd met Fe en Al

Samenstelling (atoom %) Gew.% H2 opslag Typische desorptietemperatuur °C

^959,8^10.5^29,7 5,0 300° 40 Mg692Alg3Fe21>5 6,5 270° ^970,8^^21,7^®7,5 4,3 300° ^9β32^β,β^®Μ 5,6 300°

MgegjAle, sFe4>4 6,2 300° ^993,5^2,6^3,9 6,2 300° 45 -

Tabel C toont enige resultaten van gelijktijdige modificatie van een lichte matrix, zoals magnesium, met een overgangselement, zoals ijzer, en met een licht element, zoals aluminium. Toevoegingen van het lichte modificerende element vergroot de opslagcapaciteit en verbeterd de absorptie- en desorptiekinetica in 50 vergelijking met het in tabel B beschreven Mg-Fe-systeem.

Verder hebben alle onderzochte Mg-Fe-AI-materialen een lage aanvankelijke desorptietemperatuur in het gebied tussen 170 en 200°C. Bijvoorbeeld absorbeerde een materiaal met de formule Mg935AI26Fe39 5,5 gew.% waterstof in 1 uur bij 255°C en een druk van 2,1 atmosfeer. Bij een desorptietemperatuur van 300°C werd in ongeveer 1 uur ongeveer 90% van de waterstofcapaciteit vrijgemaakt. De lage aanvankelijke 55 desorptietemperatuur en de grotere desorptiesnelheid zijn gunstig om de vrijmaking van waterstof te beheersen.

Claims (3)

193591 10 TABEL D Mg gemodificeerd met C, O en Cu Samenstelling (atoom %) Gew.% H2 opslag Typische desorptietemperatuur, °C 5 - Mgs2C 1 1 o 5,6 280° ^061,6^14,2^^15,3^8,9 5,9 300°

10 Tabel D toont de voordelen van modificatie van het Mg-C-O-systeem met koper om de absorptie- en desorptiekinetica te verbeteren. Modificatie met koper leverde een opslagcapaciteit van 5,6% en een desorptietemperatuur van 300°C of minder. Naast de hierboven genoemde voorbeelden kan men ook andere lichte gastheerelementen gebruiken in plaats van of samen met de hierboven genoemde elementen om materialen volgens de uitvinding te 15 bereiden. Deze elementen omvatten Si, Al, B, C, Ca, Sc, Ti, Li, Na, K en Be. Naast de specifieke modificerende elementen die hierboven genoemd zijn, kan men ook andere modificerende elementen gebruiken in plaats van of samen met de genoemde elementen om de materialen volgens de uitvinding te bereiden. Als overgangsmateriaal kan men b.v. gebruiken Zn, Ni, Mo, Cr en W. Verder kan men geringe hoeveelheden gebruiken van de duurdere overgangselementen, zoals Ag en Au.

20 Ook kan men kleine hoeveelheden gebruiken van de zware overgangsmetalen en de zeldzame aardmetalen, zoals lanthanium en cerium. Een aantal van de materialen werden blootgesteld aan herhaalde cyclisatieproeven van de grootteorde van 20 absorptie-desorptiecyclussen. Deze materialen tonen geen achteruitgang tijdens deze proeven, maar in plaats daarvan vertonen zij zelfs een geringe toename van de waterstofopslagcapaciteit in vergelijking 25 met de eerste activeringscyclus. Sommige van deze materialen werden opzettelijk blootgesteld aan giften, zoals koolmonoxide en methaan en deze verminderden de waterstofopslagcapaciteit van de materialen niet. 30 Uit meerdere componenten bestaand materiaal voor omkeerbare opslag van waterstof, met het kenmerk, dat het materiaal aan gastheermatrix omvat, welke gastheermatrix bestaat uit ten minste één vast element met een atoomnummer kleiner dan 22 en welke ten minste één modificerend element bevat, gekozen uit elementen met een atoomnummer kleiner dan 22 of behorend tot de overgangsmetalen of zeldzame 35 aardmetalen, welke modificerend element wanorde veroorzaakt in de kristalstructuur van de gastheermatrix, waardoor de waterstofopslageigenschappen worden verbeterd.