Mg and Mg-based alloys are regarded as strong candidate hydrogen storage materials since their hydrogen capacity exceeds that of known metal hydrides. One of the approaches to improve kinetic is addition of metal oxide. In this paper, we tried to improve the hydrogenation properties of Mg-based hydrogen storage composites. The effect of transition metal oxides, such as $Nb_2O_5$ on the kinetics of the Magnesium hydrogen absorption kinetics was investigated. $MgH_x$-5wt.% $Nb_2O_5$ composites have been synthesized by hydrogen induced mechanical alloying. The powder fabricated was characterized by X-ray diffraction (XRD), Field Emission-Scanning Electron Microscopy (Fe-SEM), Energy Dispersive X-ray (EDX), BET and simultaneous Thermo Gravimetric Analysis / Differential Scanning Calorimetry (TG/DSC) analysis. The Absorption / desorption kinetics of $MgH_x$-5wt.% $Nb_2O_5$ (type I and II) are determined at 423, 473, 523, 573 and 623 K.
Park, Joon-Ho;Hwang, Yong-Sheen;Jee, Sang-Hoon;Kim, Sung-Han;Cha, Suk-Won
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.315-318
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2009
Hydrogen is the ideal candidate as an alternative energy carrier, so many hydrogen storage methods are investigated. The hydrogen storage method using metal hydride is good candidate as energy sources for portable devices because hydrogen-storage as metal hydride shows large volumetric storage density. In this study, we investigated the variations of hydrogen charging/discharging performance of metal hydride tanks at different temperature conditions. We charged metal hydride tanks with hydrogen in low temperature because of the exothermic reactions of hydrogen absorption while we discharged in high temperature to provide sufficient heat because of the endothermic reactions of desorption. In addition, we investigated the difference of hydrogen charging/discharging performance between two tanks having different sizes.
Mg and Mg-based alloys are promising hydrogen storage alloys for renewable clean energy applications. It is a lightweight and low cost material with high hydrogen storage capacity. However, commercial applications of the Mg hydride are currently hindered by its high absorption/desorption temperature, and very slow reaction kinetics. In this work, we aim to study the absorption properties of the $Mg_2Ni$-5mass% Nb composite prepared by mechanical alloying under hydrogen. The absorption capacity of the sample is found to be about 3.0 wt.% at T=573 K and P=1.0 MPa. The absorption characteristics observed have been compared with those of the prepared $Mg_2Ni$.
The hydrogen fuel tanks having hydrogen storing capacity of about 300g and 1200g are manufactured using $MmNi_{4.7}Al_{0.25}V_{0.05}Fe_{0.001}$ alloy. They are composed of several unit reactor made of Cu-tube(outer diameter = 50.1mm, thickness = 2mm). In order to increase the heat and mass transfer property of the hydride bed, Al-plates are inserted perpendicular to axial direction at intervals of 5mm and three arteries of diameter 8mm are installed symmetrically in each unit reactor. Hydrogen absorption is proceeded about 80% within 30 minute and is completed within 60 minute at the conditions of charging hydrogen pressure of 25atm and temperature of $22^{\circ}C$. On desorbing hydrogen at a constant rate of 30 slm at $20^{\circ}C$, discharging hydrogen pressure is sustained at 3~5atm for 120 minutes. The discharging pressure is increased upto 5~8atm as the increase of the reactor temperature to $30^{\circ}C$. From the experimental results and the brief discussions about the hydrogen absorption and disorption behaviors of the hydrogen storage tank, it is suggested that the behaviors of hydrogen charging and discharging could be controlled by adjusting the operating parameters and the reactor design parameters.
Effect of nickel powder to added to the hydrogen absorbing alloy electrode of $MmNi_{4.5}-xCoxMn_{0.3}Al_{0.2}$ system alloy was investigated. The addition of nickel powder was effective for the improvement of discharging characteristic. It was found that the discharge capacity was 310mAhig when the alloy negative electrode was mixed $MmNi_{3.75}CO_{0.75}Mn_{0.3}Al_{0.2}$ and nickel powder with a mix of one to three. Still another, we have investigated thermodynamic stability of hydrogen in the alloy negative electrode. As a result, enthalpy of hydrogen and hydrogen equilibrium pressure in the alloy negative electrode were a suitable value to easy hydrogen absorption-desorption.
The effect of the cobalt content on the thermodynamic and, heat and mass transfer properties of the $MmNi_{5-y}B_{y-z}C_z(y=0.5{\sim}1.5,\;z=0.5)$hydrogen storage alloys has been studied systematically. The P-C isotherms curves show that with increasing cobalt content in the alloys, the plateau pressure of the hydrogen absorption and desorption and enthalpy(${\Delta}H$) increases steeply and the plateau region becomes flat, while entropy(${\Delta}S$) decreases. Also at the constant cobalt content the hydrogen transfer rate decreases with the reaction temperature, while the initial reaction kinetics increases. But the initial reaction with hydrogen completes within 1min, although the reaction proceeds about 30minutes thereafter.
Mg hydride had high hydrogen capacity (7.6%), lightweight and low cost materials and it was promising hydrogen storage material at high temperature. However, commercial applications of the Mg hydride are currently hindered by its high absorption/desorption temperature, and very slow reaction kinetics. one of the approaches to improve the kinetic is $MgH_x$ intermixed with carbon. And it shows that carbon and carbon allotropes have a beneficial effect on hydrogen sorption in Mg. The graphene is a kind of carbon allotropes which is easily desorbed reaction at low temperatures because its reaction is exothermic. In this work, the effect of graphene concentration on the kinetics of Mg hydrogen absorption reaction was investigated. The $MgH_x$-Graphene composites has been prepared by hydrogen induced mechanical alloy (HIMA). The synthesized powder was characterized by XRD and simultaneous TG, DSC analysis. The hydrogenation behaviors were evaluated by using a sievert's type automatic PCT apparatus. In this research, results of kinetic profiles exhibit hydrogen absorption rate of $MgH_x$-5wt.% and 10wt.% graphene composite, as 1.25wt.%/ms, 10.33wt.%/ms against 0.88wt.%/ms for $MgH_x$ alone at 473K.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.383-383
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2010
Gas-phase hydrogen atoms create a variety of chemical and physical phenomena on Si surfaces: adsorption, abstraction of pre-adsorbed H, Si etching, Si amorphization, and penetration into the bulk lattice. Thermal desorption/evolution analyses exhibited three distinct peaks, including one from the crystalline bulk. It was previously found that thermal-energy gaseous H(g) atoms penetrate into the Si(100) crystalline bulk within a narrow substrate temperature window(centered at ~460K) and remain trapped in the bulk lattice before evolving out at a temperature as high as ~900K. Developing and sustaining atomic-scale surface roughness, by H-induced silicon etching, is a prerequisite for H absorption and determines the $T_s$ windows. Issues on the H(g) absorption to be further clarified are: (1) the role of the detailed atomic surface structure, together with other experimental conditions, (2) the particular physical lattice sites occupied by, and (3) the chemical nature of, absorbed H(g) atoms. This work has investigated and compared the thermal H(g) atom absorptivity of Si(100), Si(111) and Si(110) samples in detail by using the temperature programmed desorption mass spectrometry (TPD-MS). Due to the differences in the atomic structures of, and in the facility of creating atom-scale etch pits on, Si(100), (100) and (110) surfaces, the H-absorption efficiency was found to be larger in the order of Si(100) > Si(111) > Si(110) with a relative ratio of 1 : 0.22 : 0.045. This intriguing result was interpreted in terms of the atomic-scale surface roughening and kinetic competition among H(g) adsorption, H(a)-by-H(g) abstraction, $SiH_3(a)$-by-H(g) etching, and H(g) penetraion into the crystalline silicon bulk.
The effect of cycling on the absorption and desorption characteristics of the 80 wt% $AB_2$-15 wt% Mg-5 wt% Mm system was investigated. The material was made by Hydrogen Combustion Synthesis. The cycling experiment was performed at 298 K, 30 atm for 15 min. During the reaction time, the amount of absorption was fully desorbed. After the full activation, the hydrogen storage capacity was 1.57 wt% and the capacity was maintained until 50 cycles. And the reaction rate does not change with an increase in the number of cycles. This material has good durability and reversible feature.
Recently, one of the hydrogen production methods has attracted using dense metallic membrane. It has high hydrogen permeation and selectivity which hardly could adopt industrial product because of high cost, hydrogen embrittlment and thermal stability. Meanwhile, vanadium has high hydrogen solubility and it use to instead of Pd-Ag amorphous membrane. Aluminum carried out blocking hydrogen diffusion on grain boundary therefore protecting hydrogen embrittlement. Most of dense metallic membrane is solution diffusion mechanism. The solution diffusion mechanism was very similar hydrogen storing steps such as steps of metal hydride. Thus, V-Al composites were fabricated to use hydrogen induced mechanical alloying. The fabricated V-Al composites were characterized by XRD, SEM, EDS and simultaneous TG/DSC analyses. The hydrogenation behaviors were evaluated using a Sievert's type automatic PCT apparatus. The hydrogenation behaviors of V-Al composites was evaluated too low hydrogen stored capacity and fast hydrogenation kinetics. In PCI results, V-Al composites had low hydrogen solubility, in spite of that, hydrogen kinetics was calculated very fast and hydrogen absorption/desorption contents were same capacity.
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