Beschichten von Mikroglaskugeln zur Wasserstoffspeicherung in Verbindung mit NaBH4

Abstract

Wasserstoff kann in hohlen Mikroglaskugeln sehr gut gespeichert werden, jedoch bereitet die Freisetzung des Wasserstoffs ohne die Mikroglaskugeln zu zerstören Probleme. Um den Wasserstoff durch Diffusion freizusetzen, müssen sie erhitzt werden. Die benötigte Wärme wird durch eine exotherme Reaktion erhalten, die ebenfalls Wasserstoff freisetzt. Es wird dazu eine stabile Lösung aus NaBH4, NaOH und Wasser verwendet. Da die Reaktion erst bei höheren Temperaturen als Raumtemperatur abläuft, sollen die Glaskugeln mit einem Katalysator (Platin) beschichtet werden.<br />Geeignete Katalysatoren sind neben Platin, Rhodium und Ruthenium. Als bestes Katalysatorträgermaterial eignet sich Titandioxid, welches in dieser Arbeit aber nicht verwendet wurde.<br />Die Beschichtung mit Platin erfolgt durch Kathodenzerstäubung (Magnetronsputtern). Hier stellte sich das Problem der gleichmäßigen Beschichtung des aus Mikroglaskugeln bestehenden Pulvers im Vakuum. Dazu wurden die Mikroglaskugeln während des Beschichtungsprozesses in rotierende, 50° gekippte Schalen gegeben. Um eine Agglomeration der Mikroglaskugeln zu verhindern, wurde eine spezielle Schalengeometrie entwickelt. Zu Vergleichszwecken wurden Mikroglaskugeln mittels Solgelprozeß mit Platin beschichtet, jedoch stellte sich heraus, daß das Platin auf diese Art nicht auf den Mikroglaskugeln haftet und leicht abgewaschen werden kann.<br />Die Versuche mit den beschichteten Mikroglaskugeln lieferten mit der Literatur vergleichbare Ergebnisse, was die Wasserstoffausbeute betrifft. Es konnten jedoch nicht die gewünschten Temperaturen von etwa 100 °C, die für die Diffusion nötig sind, erreicht werden.<br />

Although hydrogen can be easily stored in hollow micro-glass spheres, problems arise in releasing the hydrogen, without destroying the micro-glass spheres. To achieve this, the spheres must be heated to initiate diffusion of the hydrogen through the glass. In order to obtain the required level of heating, an exothermal reaction is used, which also creates hydrogen. A stable solution of NaBH4, NaOH and water is utilized. Since this reaction can only occur at higher than room temperature, the glass spheres were coated with a catalyst (platinum).<br />Suitable catalysts are platinum, rhodium and ruthenium. The best support material for these catalysts is titanium dioxide, but this was not used in this thesis.<br />The platinum coating was formed by magnetron sputtering. A problem arose in achieving a uniform coating on the powder of micro-glass spheres in vacuum. The spheres were therefore placed in in rotating vessels, tilted at 50°, during the coating process. To prevent agglomeration and the forming of sphere clusters a vessel with a specific geometry has been developed. For purposes of comparison some of the spheres were coated with platinum using the sol-gel coating process. In conclusion however, it was found that the platinum didn't adhere to the micro-glass spheres using this coating process, and was easily washed away. When considering hydrogen yield, the results of the experiments using the coated micro-glass spheres, were comparable with results found in the literature. It was however, not possible to achieve the approximate 100 °C required to enable the diffusion process.