Almacenamiento de Hidrógeno en Materiales de Carbono (página 3)

Partes: 1, 2, 3

ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS

RESULTADOS EXPERIMENTALES:
– Almacenamiento en nanofibras: – 10-60 % peso (Chambers, 1998) – 0,08 % peso (77 K, 80 atm / 300 K, 180 atm) (Ahn, 1998) – 1,52 % peso (Tª amb., 125 atm) (Strobel, 1999) – 10-13 % peso (Fan, 1999)

– Almacenamiento de H2 en CNTs :
-SWNTs – 5-10 %p, -183 a 0ºC y 300 torr H2
(Dillon et al. 1997)
-SWNTs – 4,2 %p, Tª ambiente y 10 MPa H2 (Liu et al. 1999)
-SWNTs – 8.25 %p, -193ºC y 10 MPa H2 (Ye et al. 1999)

ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS

-MWNTs – 20 –14 %p, dopados con Li o K (25 to 600ºC)
(Chen et al. 1999, Yang 2000)
-SWNTs – 6,5-7,5 %p, purificados y cortados (Heben 2000)
-SWNTs – 2,8 %p (5-7 %p con Ti), (Parilla et al. 2001)
– MWNTs – 5-7 %p, alineados CNTs 50-100 nm, Tª amb. y
10 atm. (Chen 2001)
– SWNTs – 0-1 %p, -80ºC a 500ºC y hasta 11 MPa
(Tibetts 2001) – SWNTs pretratados, 4%p a 11 MPa, 273K (Lin 2002)
(Tibetts 2001) – MWNTs dopados con KNO3, 3,2%p, (Kuang 2002)
– Películas CNTs, 8%p, 273K, 1 atm (Wang 2002)
– SWNTs 5,5%p a 77K, 0,6% a 273K (Zutel 2002)

ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)

SWCNTs de partida

SWCNTs oxidados

– SWCNTs reducidos

Caracterización: TEM
ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO
EN SWCNTs (ICB)

Caracterización: Espectroscopía Raman

ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO
EN SWCNTs (ICB)

Caracterización: Estructura porosa

Isotermas de adsorción de N2 a 77 K
ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO
EN SWCNTs (ICB)

Temp. 77K
Temp. 298K
Temp. 77K
Temp. 298K
ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO
EN SWCNTs (ICB)

Conclusiones
Las muestras oxidadas muestran una mayor adsorción de H2 tanto a 77 K como a 298 K a presión atmosférica.

-El incremento de la adsorción de H2 en la muestra oxidada a 77 K (190 %) es mucho mayor que a 298 K (25 %).

A temperaturas bajas, los microporos grandes y estrechos contribuyen a la adsorción de H2 mientras que a temperatura ambiente sólamente los microporos pequeños son capaces de adsorber H2

A 77K, la adsorción de H2 tiene lugar mediante un mecanismo de fisisorción. A 298 K, el mecanismo de quimisorción es también posible and probablemente compite con el mecanismo de fisisorción.

ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO
EN SWCNTs (ICB)

ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO
EN SWCNTs (ICB)

Adsorción de hidrógeno en muestras reducidas

Descripción de las muestras
– Soot Ni/Y 2/0,5
– Soot Ni/Y 2/0,5 modificado
– Soot Ni/Y 4/1
– Soot Ni/Y 4/1 modificado

ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO
EN SWCNTs (ICB)

Isotermas de adsorción de hidrógeno: soot Ni/Y

ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO
EN SWCNTs (ICB)

Conclusiones
– Hay un incremento de aproximadamente un 40% en la adsorción de hidrógeno cuando las muestras son reducidas.

– El incremento de la adsorción con la reducción indica la posibilidad de disociación de hidrógeno con el subsiguiente spillover del hidrógeno y adsorción (quimisorción).

– El incremento de la adsorción de hidrógeno no está correlacionado con el contenido metálico.

– Es necesario realizar más estudios para confirmar si el incremento de la adsorción de hidrógeno es debida a la quimisorción por disociación de los átomos de hidrógeno.

ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO
EN SWCNTs (ICB)

ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS

HIDROGENACIÓN/DESHIDROGENACIÓN
DE FULLERENOS
Capacidad de almacenamiento 7,7%p
C60H60 ? C60 + 30 H2
Temperatura 400-450ºC
Presión 60-80 MPa

DISMINUCIÓN DE LA ENERGÍA
DE ACTIVACIÓN
– Selección del catalizador apropiado.
– Reacciones en fase líquida
– Modificación de la estructura electrónica

C60 + Hx
100 kJ/mol
160 kJ/mol
C60Hx-2H
60 kJ/mol

ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS

RETOS – Aumento de la microporosidad de los nanocarbones y
control del diámetro de los nanotubos de carbono
– Investigación de los mecanismos de adsorción
– Mejora de los rendimientos – Escalado de la producción
OTRAS ALTERNATIVAS – Modificación de CNTs Dopaje con metales de transición
(fisisorción +quimisorción) -Hidrogenación de fullerenos (C60 H60 7,7 %p)

ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS

Energía por masa instalada (MJ/kg)
Energía por volumen instalado (MJ/kg)
Hidrógeno líquido (criogénico)

Hidrógeno presurizado

Hidrógeno a presión criogénico

Hidrocarburos

Hidruros metálicos

Fibras de carbono y nanotubos

ALMACENAMIENTO DEL VECTOR ENERGÉTICO
Sub Alternativas comerciales disponibles
– Almacenamiento criogénico a presión, la mejor opción (compatibles con hidrógeno a presión y líquido).
– Almacenamiento a presión.
Alternativa de futuro: materiales carbonosos

Alternativa de transición: Hidrocarburos