The Dehydrogenation Process of Destabilized NaBH4-MgH2 Solid State Hydrie Composites

• Autorzy: Czujko T. , Varin R. A. , Zarański Z. , Wroński Z. S.

Warianty tytułu

PL

Proces wydzielania wodoru z destabilizowanych kompozytów na bazie wodorków stałych NaBH4-MgH2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The composite behaviour of sodium borohydride – magnesium hydride mixtures was investigated. Mutual influence of both hydrides on their decomposition process was studied. The (NaBH4+MgH2) composite hydride system was synthesized in a wide range of compositions by controlled mechanical (ball) milling in a magneto-mill. In effect, nanocomposites having nanometric grain sizes of the constituent phases residing within micrometric-sized particles were produced. The dehydrogenation process of obtained composites was investigated by Differential Scanning Calorimetry (DSC) method. It is shown that the hydrogen desorption temperature of the composite constituent with the higher desorption temperature in the (NaBH4+MgH2) system substantially decreases linearly with increasing volume fraction of the constituent having lower desorption temperature which is similar behavior to well-known composite Rule-of-Mixtures (ROM) for structural composites. It is also shown that in the (NaBH4+MgH2) composite the constituents such as MgH2 and NaBH4 decompose separately and destabilization of the composite constituent with a higher desorption temperature is unrelated to the formation of MgB2 intermetallic phase. Therefore, the improved dehydrogenation properties for NaBH4 is likely due to the presence of nanostructured metallic Mg which acts as a catalyst. It is also shown that, most likely, the NaBH4 constituent act as a catalyst for the accelerated decomposition of MgH2.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań zachowań kompozytowch mieszaniny borowodorek sodu – wodorek magnezu, gdzie ocenie poddano wzajemne oddziaływanie obu wodorków na ich proces dekompozycji. Układ kompozytów wodorkowych (NaBH4+MgH2) syntetyzowany był w szerokim zakresie składów, poprzez kontrolowane mielenie mechaniczne (kulowe), w młynku magnetycznym. W efekcie powyższego procesu wytworzono nanokompozyty, których składniki fazowe posiadają ziarna o nanometrycznej wielkości, wystepujące w mikrometrycznych cząstkach. Proces odwodorowania uzyskanych kompozytów badano z wykorzystaniem metody kalorymetrycznej DSC (Differential Scanning Calorimetry). Wykazano, że temperatura desorbcji wodoru składnika kompozytu o wyższej temperaturze dekompozycji w układzie (NaBH4+MgH2) istotnie obniża się liniowo wraz ze wzrostem udziału objętościowego składnika o niższej temperaturze dekompozycji, zachowując się w sposób podobny do obowiazującej dla kompozytów strukturalnych reguły mieszanin ROM (Rule-of-Mixtures). Wykazano ponadto, iż w kompozycie (NaBH4+MgH2) jego składniki, MgH2 i NaBH4, dekomponuja oddzielnie i destabilizacja składnika o wyższej temperaturze desorbcji nie jest związana z powstawaniem fazy międzymetalicznej MgB2. Stąd też poprawa właściwości do odwodorowania NaBH4 jest prawdopodobnie spowodowana obecnoącią nanostrukturalnego, metalicznego Mg, który działa katalitycznie. Dodatkowo wykazano, że NaBH4 najprawdopodobniej działa katalitycznie na przyspieszenie dekompozycji MgH2.

Słowa kluczowe

EN

hydrogen storage materials; mechanical milling; nanocomposite hydrides; magnesium hydride; sodium borohydride; X-ray diffraction; lattice parameters; nanograin size; differential scanning calorimetry (DSC)

PL

borowodorek sodu; wodorek magnezu; metoda kalorymetryczna DSC; mielenie mechaniczne; nanokompozyty

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, iss. 2
• Strony: 539--552
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czujko T.

autor

Varin R. A.

autor

Zarański Z.

autor

Wroński Z. S.

• CANMETENERGY, HYDROGEN, FUEL CELLS AND TRANSPORTATION ENERGY, NATURAL RESOURCES CANADA, 1 HAANEL DR., OTTAWA, ONTARIO, CANADA K1A 1M1

Bibliografia

• [1] L. Schlapbach, A. Zuttel, Hydrogen-storage materials for mobile applications. Nature 414, 353-358 (2001).
• [2] J. A. Ritter, A. D. Ebner, J. Wang, R. Zidan, Implementing a hydrogen economy. Materials Today 6(9), 18-23 (2003).
• [3] A. Zuttel, Materials for hydrogen storage. Materials Today 6(9), 24-33 (2003).
• [4] M. Fichtner, Nanotechnological aspects in materials for hydrogen storage. Advanced .Engineering Materials 7, 443-455 (2005).
• [5] R. A. Varin, T. Czujko, Z. S. Wronski, Nanomaterials for Solid State Hydrogen Storage, Springer Science+Business Media, LLC 2009, 233 Spring Street, New York, NY 10013, USA, 2009.
• [6] W. Grochala, P. P. Edwards, Thermal decomposition of the non-interstitial hydrides for the storage and production of hydrogen. Chemical Reviews. 104, 1283-1315 (2004).
• [7] D. S. Stasinevich, G. A. Egorenko, Thermographic investigation of alkali metal and magnesium tetrahydroborates at pressure up to 10 atm. Russian Journal of Inorganic Chemistry 13, 341-343 (1968).
• [8] T. Czujko, R. A. Varin, Z. S. Wronski, Z. Zaranski, T. Durejko, Synthesis and hydrogen desorption properties of nanocomposite magnesium hydride with sodium borohydride (MgH2 + NaBH4). Journal of Alloys and Compound 427, 291-299 (2007).
• [9] V. Drozd, S. Saxena, S. V. Gariella, A. Durygin, Hydrogen release from a mixture of NaBH4 and Mg(OH)2. International Journal of Hydrogen Energy 32, 3370-3375 (2007).
• [10] R. A. Varin, T. Czujko, Ch. Chiu, R. Pulz, Z. Wronski, Synthesis of nanocomposite hydrides for solid-state hydrogen storage by controlled mechanical milling techniques. Journal of Alloys and Compounds 483, 252-255 (2009).
• [11] A. Calka, A. P. Radlinski, Universal high performance ball-milling device and its application for mechanical alloying. Materials Science and Engineering. A 134, 1350-1353 (1991).
• [12] Patents: WO9104810, US5383615, CA2066740, EP0494899, AU643949.
• [13] A. Calka, R. A. Varin, in: Int. Symp. on Processing and Fabrication of Advanced Materials IX-PFAM IX, eds. T.S. Srivatsan, R.A. Varin, M. Khor, ASM International, Materials Park, OH, 263-287 (2001).
• [14] R. A. Varin, T. Czujko, Z. Wronski, Particle size, grain size and -MgH2 effects on the desorption properties of nanocrystalline commercial magnesium hydride processed by controlled mechanical milling. Nanotechnology 17, 3856-3865 (2006).
• [15] J. J. Vajo, F. Mertens, C. C. Ahn, R. C. Bowman, Jr., B. Fultz, Altering hydrogen storage properties by hydride destabilization through alloy formation: LiH and MgH2 destabilized with Si. Journal of Physical Chemistry B 108, 13977-13983 (2004).
• [16] J. J. Vajo, S. L. Skeith, F. Mertens, Reversible storage of hydrogen in destabilized LiBH4. Journal of Physical Chemistry B 109, 3719-3722 (2005).
• [17] J. J. Vajo, T. T. Salguero, A. F. Gross, S. L. Skeith, G. L. Olsen, Thermodynamic destabilization and reaction kinetics in light metal hydride systems. Journal of Alloys and Compounds 446-447, 409-414 (2007).
• [18] J. J. Vajo, G. L. Olson, Hydrogen storage in destabilized chemical systems. ScriptaMaterialia 56, 829-834 (2007).
• [19] A. Zuttel, A. Borgschulte, S-I. Orimo, Tetrahydroborates as new hydrogen storage materials. Scripta Materialia 56, 823-828 (2007).
• [20] R. C. Weast, M. J. Astle, W. H. Beyer, CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press, Inc. 1983. Boca Raton, Florida, USA.
• [21] R. A. Varin, T. Czujko, Ch. Chiu, Z. Wronski, Particle size effects on the desorption properties of nanostructured magnesium dihydride (MgH2) synthesized by controlled reactive mechanical milling (CRMM). Journal of Alloys and Compounds 424, 356-364 (2006).