Untersuchung eines Wasserstoff-Speichers auf Basis von Hydrid-Graphit-Verbünden

Abstract

Die vorliegende Arbeit thematisiert die Untersuchung der Funktionalität und des Betriebsverhaltens eines Wasserstoffspeichers auf der Basis von Metallhydriden. Dieses Speicherkonzept soll perspektivisch als Pufferspeicher in einem Haushalt mit einer Photovoltaikanlage Anwendung finden. Hierzu wird der Speicher in seiner späteren Anwendung mit einer Elektrolyse- und einer Brennstoffzelle kombiniert. Oben genanntes Konzept beruht auf der Speicherung von Wasserstoff in Hydrid-Graphit- Verbünden, welche in 20 Speicherrohren eingesetzt sind. Die Wasserstoffspeicherung in Metallhydriden ist eine exotherme Reaktion, folglich wird Wärme freigesetzt. Um den Wasserstoff wieder aus dem Metallgitter freizusetzen, muss wiederum eine gewisse Wärmemenge bereitgestellt werden. Im Rahmen einer vorherigen Arbeit wurde der zu untersuchende Speicher geplant und gefertigt. Voraussetzung war die Bereitstellung eines konstanten Wasserstoffstroms im Speicher für eine möglichst lange Zeit mit möglichst geringem Aufwand zur Wärmeab- und –zufuhr. Durch die Hydrid-Graphit-Verbünde wurde die Leitfähigkeit der Speichermaterialien, gegenüber herkömmlichen Pulverschüttungen, deutlich verbessert. Außerdem wurde durch Aluminiumschäume an den Speicherrohren sowie durch axiale Lüfter der Wärmetransport vom und zum Speicher erhöht. Der Wasserstoffspeicher besitzt ungefähr 6 kg an Speichermaterial und ist somit in der Lage eine Wasserstoffmenge von ca. 70g reversibel zu speichern. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Speicher für 38 Absorption-/Desorptionszyklen getestet und konnte dabei über 100 Minuten einen konstanten Volumenstrom aufrechterhalten. Auch wurden die Hydrid-Graphit-Verbünde durch die Erhöhung der Beladungsleistung auf ihre mechanische Belastbarkeit und den möglichen Wärmetransport getestet. Des Weiteren konnten durch die Versuche der Einfluss der Lüftung auf die Reaktion und die Skalierbarkeit der Speicherkapazität gezeigt werden.