Herstellung und Untersuchung von Wärmeleitstrukturen für Wasserstoffspeicher

Abstract

Die chemische Speicherung von Wasserstoff in Metallhydriden bietet gegenüber Druck- und Kyrospeichern vielversprechende Vorteile wie eine höhere volumetrische Speicherdichte und moderatere Betriebsdrücke. Bei der Be- und Entladung solcher Speichersysteme muss jedoch die durch die Absorption entstehende bzw. zur Desorption benötigte Wärme möglichst effizient vom Wärmeträgerfluid bis zum Ort der Reaktion transportiert werden. In bisherigen Systemen wird dieser Wärmedurchgang durch die schlechte Wärmeleitung innerhalb der Metallhydridschüttung limitiert. Die vorliegende Arbeit stellt daher ein innovatives Konzept vor, durch das wärmeleitende Strukturen direkt in einem Gas-Feststoffreakionsbett hergestellt werden können. Dazu wurde ein Verfahren zur Erzeugung metallischer Schäume ausgewählt und die Herstellung in einem Reaktor experimentell verifiziert. Für die Durchführung der Experimente wurden die entsprechenden Apparaturen und Materialien bereitgestellt sowie wichtige Prozessparameter bestimmt. Mittels des Platzhalterverfahrens konnten metallische Strukturen bis zu einer Porosität von 75% innerhalb eines Reaktionsbetts angefertigt werden. Das Herstellungsverfahren zeichnete sich durch eine einfache Realisierbarkeit, flexible Anwendungsmöglichkeiten für unterschiedliche Reaktorgeometrien, sowie durch einen guten Formschluss zwischen Metallschaum und Reaktorwand aus. Die Reaktoren mit den in situ erzeugten Strukturen wiesen in weitergehenden Messungen einen erheblich verbesserten Wärmetransport im Vergleich zu Reaktoren ohne innere Wärmeleitstruktur auf.