Jednym z materiałów badanych pod kątem magazynowania wodoru jest wodorek magnezu, cechujący się wysoką pojemnością wodoru, stosunkowo niskim kosztem i łatwą dostępnością. Jego zastosowania są ograniczone ze względu na powolną kinetykę reakcji i wysoką temperaturę rozkładu, wynikającą z dużej stabilności termodynamicznej. Niniejsza rozprawa poświęcona jest opracowaniu i przetestowaniu nowego sposobu wprowadzania pierwiastków katalitycznych. Cienkie warstwy Ni, Nb oraz V zostały naniesione na powierzchnię ziaren komercyjnego i nanostrukturyzowanego MgH2 z wykorzystaniem metody napylania magnetronowego. Mapowanie pierwiastków metodą EDS potwierdziły obecność 80-320 nm warstw, równo pokrywających powierzchnię ziarenek wodorku. Badanie metodą DSC wykazało zmniejszenie energii aktywacji a pomiary metodą Sievertsa pokazały zwiększenie szybkości reakcji (czas skrócony przykładowo z 12 h do 15 min), przy stosunkowo niskiej (~1% wag.) zawartości domieszek. W celu poprawienia warunków wymiany ciepła podczas reakcji przygotowano specjalne kompozyty MgH2, grafitu i żywicy silikonowej o anizotropowym przewodnictwie cieplnym. Pole elektryczne użyte podczas utwardzania indukuje polaryzację w płatkach grafitu i moment obrotowy powodujący ich reorientację i ułożenie równolegle do jego kierunku. Pomiary przewodnictwa cieplnego potwierdziły jego anizotropowy charakter oraz wyższe wartości w kierunku równoległym do płatków (o 20-45%). Skutkuje to efektywniejszym przepływem ciepła i lepszą kinetyką reakcji, co zostało potwierdzone w pomiarach metodą Sieverta (czas reakcji skrócony do 50%).
Hydrogen storage properties of magnesium hydride nanocomposites with
graphite and transition metals
Recently, one of the most interesting material proposed for the hydrogen storage is the magnesium hydride, because of high storage capacity, price and availability. Its applications are limited by poor reaction kinetics and high decomposition temperature. Several methods, such as nanostructuring, alloying or addition of catalyst are used to improve MgH2 performance. This dissertation is focused on development of a new method of introducing catalytic elements by forming a thin layer of catalyst on the surface of MgH2 particles using technology of magnetron sputtering on powdery substrates. Thin films of Ni, Nb, and V were deposited on the as-purchased and the ball milled MgH2 powders. EDS elements mapping shows metallic layers of 80-320 nm thickness formed on hydride grains. It was proven by measurements with Sievert’s method that such surface modification increases the H2 dissociation/recombination speed and effectively enhances reaction rate. The DSC study performed shows a reduction of the activation energy and a decrease of the decomposition temperature. In order to improve the heat transfer during the reaction, special composites of MgH2, graphite and temperature proof resin, with thermal conductivity enhanced through their anisotropy, were prepared. Interaction of graphite flakes with the applied electric field induces polarization and a torque acting on the graphite particles which causes their reorientation and alignment. A study of the thermal conductivity and reaction kinetic show that alignment enhances heat transfer in such composite materials making them prospective candidates for applications.
