ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
RESULTADOS EXPERIMENTALES: – Almacenamiento en nanofibras: – 10-60 % peso (Chambers, 1998) – 0,08 % peso (77 K, 80 atm / 300 K, 180 atm) (Ahn, 1998) – 1,52 % peso (Tª amb., 125 atm) (Strobel, 1999) – 10-13 % peso (Fan, 1999)
– Almacenamiento de H2 en CNTs : -SWNTs – 5-10 %p, -183 a 0ºC y 300 torr H2 (Dillon et al. 1997) -SWNTs – 4,2 %p, Tª ambiente y 10 MPa H2 (Liu et al. 1999) -SWNTs – 8.25 %p, -193ºC y 10 MPa H2 (Ye et al. 1999)
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
-MWNTs – 20 –14 %p, dopados con Li o K (25 to 600ºC) (Chen et al. 1999, Yang 2000) -SWNTs – 6,5-7,5 %p, purificados y cortados (Heben 2000) -SWNTs – 2,8 %p (5-7 %p con Ti), (Parilla et al. 2001) – MWNTs – 5-7 %p, alineados CNTs 50-100 nm, Tª amb. y 10 atm. (Chen 2001) – SWNTs – 0-1 %p, -80ºC a 500ºC y hasta 11 MPa (Tibetts 2001) – SWNTs pretratados, 4%p a 11 MPa, 273K (Lin 2002) (Tibetts 2001) – MWNTs dopados con KNO3, 3,2%p, (Kuang 2002) – Películas CNTs, 8%p, 273K, 1 atm (Wang 2002) – SWNTs 5,5%p a 77K, 0,6% a 273K (Zutel 2002)
ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)
SWCNTs de partida
SWCNTs oxidados
– SWCNTs reducidos
Caracterización: TEM ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)
Caracterización: Espectroscopía Raman
ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)
Caracterización: Estructura porosa
Isotermas de adsorción de N2 a 77 K ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)
Temp. 77K Temp. 298K Temp. 77K Temp. 298K ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)
Conclusiones Las muestras oxidadas muestran una mayor adsorción de H2 tanto a 77 K como a 298 K a presión atmosférica.
-El incremento de la adsorción de H2 en la muestra oxidada a 77 K (190 %) es mucho mayor que a 298 K (25 %).
A temperaturas bajas, los microporos grandes y estrechos contribuyen a la adsorción de H2 mientras que a temperatura ambiente sólamente los microporos pequeños son capaces de adsorber H2
A 77K, la adsorción de H2 tiene lugar mediante un mecanismo de fisisorción. A 298 K, el mecanismo de quimisorción es también posible and probablemente compite con el mecanismo de fisisorción.
ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)
ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)
Adsorción de hidrógeno en muestras reducidas
Descripción de las muestras – Soot Ni/Y 2/0,5 – Soot Ni/Y 2/0,5 modificado – Soot Ni/Y 4/1 – Soot Ni/Y 4/1 modificado
ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)
Isotermas de adsorción de hidrógeno: soot Ni/Y
ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)
Conclusiones – Hay un incremento de aproximadamente un 40% en la adsorción de hidrógeno cuando las muestras son reducidas.
– El incremento de la adsorción con la reducción indica la posibilidad de disociación de hidrógeno con el subsiguiente spillover del hidrógeno y adsorción (quimisorción).
– El incremento de la adsorción de hidrógeno no está correlacionado con el contenido metálico.
– Es necesario realizar más estudios para confirmar si el incremento de la adsorción de hidrógeno es debida a la quimisorción por disociación de los átomos de hidrógeno.
ESTUDIOS DE ADSORCIÓN DE HIDRÓGENO EN SWCNTs (ICB)
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
HIDROGENACIÓN/DESHIDROGENACIÓN DE FULLERENOS Capacidad de almacenamiento 7,7%p C60H60 ? C60 + 30 H2 Temperatura 400-450ºC Presión 60-80 MPa
DISMINUCIÓN DE LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN – Selección del catalizador apropiado. – Reacciones en fase líquida – Modificación de la estructura electrónica
C60 + Hx 100 kJ/mol 160 kJ/mol C60Hx-2H 60 kJ/mol
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
RETOS – Aumento de la microporosidad de los nanocarbones y control del diámetro de los nanotubos de carbono – Investigación de los mecanismos de adsorción – Mejora de los rendimientos – Escalado de la producción OTRAS ALTERNATIVAS – Modificación de CNTs Dopaje con metales de transición (fisisorción +quimisorción) -Hidrogenación de fullerenos (C60 H60 7,7 %p)
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
Energía por masa instalada (MJ/kg) Energía por volumen instalado (MJ/kg) Hidrógeno líquido (criogénico)
Hidrógeno presurizado
Hidrógeno a presión criogénico
Hidruros metálicos
Fibras de carbono y nanotubos
ALMACENAMIENTO DEL VECTOR ENERGÉTICO Sub Alternativas comerciales disponibles – Almacenamiento criogénico a presión, la mejor opción (compatibles con hidrógeno a presión y líquido). – Almacenamiento a presión. Alternativa de futuro: materiales carbonosos
Alternativa de transición: Hidrocarburos
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