Untersuchung von Metallhydriden zur regelbaren Druckeinstellung für die Wärmedämmung

Kurzfassung

Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung eines Metallhydrids zur Anwendung als Komponente einer regelbaren Dämmung. Die Dämmung soll in der geplanten Anwendung für Fahrzeug-Batterien eingesetzt werden, damit diese im optimalen Temperaturbereich betrieben werden können. Dadurch werden die Effizienz und die Lebensdauer erhöht. Das Isolationspaneel, das mit einem porösen Material befüllt ist, wird von einem Projektpartner hergestellt. Der Gasdruck im Isolationsmaterial kann erhöht werden, wodurch die Wärmeleitfähigkeit und damit der Wärmestrom erhöht wird. Dieser Effekt beruht auf dem hohen Unterschied der Wärmeleitfähigkeit des Isolationsmaterials und der von Wasserstoff (H2). Die Änderung des Gasdrucks in den Poren soll durch eine chemische Reaktion von Wasserstoff und dem Metallhydrid (ZrNi) erfolgen. Wenn dem Metallhydrid Wärme zugeführt wird, desorbiert es, wenn Wärme abgeführt wird, absorbiert es Wasserstoff. Somit wird der Gasdruck verändert und es kommt zu einer Veränderung der Wärmeleitfähigkeit des Isolationsmaterials. Die für die Anwendung erforderten Bedingungen lauten folgendermaßen: die Absorption soll bei 40 °C auf 0,1 mbar und die Desorption bei 200 °C auf 100 mbar erfolgen. Für die durchgeführten Versuchen wurde ein Reaktor mit dem Metallhydrid befüllt und mit einem Volumen verbunden, das ungefähr die Größe des späteren Isolationspaneels hat. Die Thermodynamik des Materials sollte untersucht und mit Literaturangaben verglichen werden. Es hat sich ergeben, dass das vorliegende ZrNi über eine stärkere Abhängigkeit der Temperatur und des Druck von der Beladung des Metallhydrids verfügt als die Literaturdaten zeigen. Dieser Zusammenhang erlaubt es innerhalb bestimmter Grenzen, einem gegebenem Druck die Gleichgewichtstemperatur durch die Einstellung der Beladung zuzuweisen. Der Druckwechsel konnte unter den vorgegebenen Bedingungen realisiert werden und es wurden Parameter zur bedarfsgerechten Optimierung des Prozesses ausgearbeitet.