Durability of catalytic coatings on hollow micro glass spheres used in a hybrid hydrogen storage system

Abstract

In dieser Diplomarbeit wird eine hybride Wasserstoff Speicher Lösung diskutiert, die physische Speicherung in hohlen Glas Mikrokugeln und chemische Speicherung in Natrium Borhydrid kombiniert. Die hohlen Glas Mikrokugeln können nur bei erhöhten Temperaturen beladen und entladen werden. Die chemische Reaktion zwischen Wasser und Natrium Borhydrid, die den Wasserstoff vom Natrium Borhydrid trennt, produziert Hitze. So wird also die Hitze, die durch die Reaktion entsteht verwendet, um den Wasserstoff aus den hohlen Glas Mikrokugeln zu entladen. Die Reaktion von Natrium Borhydrid und Wasser benötigt einen Katalysator, der auf die hohlen Glas Mikrokugeln aufgebracht wird. Da die Katalysatorschicht bei jeder Reaktion abgenutzt wird, sind zur Zeit vier Wasserstoff Zyklen möglich, bis der Katalysator komplett abgetragen ist. Vier Wasserstoff Zyklen bedeutet, dass die selben Mikroglas Kugeln vier Mal beladen und wieder entladen werden können. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen wird es angestrebt, die selben Glas Mikrokugeln so oft wie möglich zu verwenden. Innerhalb dieser Diplomarbeit wurden Untersuchungen zur Stabilität des Katalysators gemacht. Dazu wurden ungeladene Glas Mikrokugeln verwendet, um den Fokus auf die Reaktion und damit den Katalysator zu legen. Nichtsdestotrotz wurden theoretische Berechnungen gemacht die zeigen, wieviel Wasserstoff bei den Reaktionen die Glas Mikrokugeln verlassen würde.

Within this thesis a hybrid hydrogen storage solution is discussed that combines physical storage in hollow glass micro spheres and chemical storage in sodium borohydride. The hollow glass micro spheres can only be loaded and unloaded at elevated temperatures. The chemical reaction between water and sodium borohydride that separates the hydrogen from the sodium borohydride, produces heat. Thus, the heat that arises due to the reaction, is used to unload the hydrogen from the hollow glass micro spheres. The reaction of sodium borohydride with water requires a catalyst that is coated onto the hollow glass micro spheres. As the catalyst wears off at each reaction, only four hydrogen cycles are currently possible with the same set of coated hollow glass micro spheres, until the catalyser is completely removed. Four hydrogen cycles means that the same glass micro spheres can be loaded and unloaded four times. For economical and ecological reasons, the hollow glass micro spheres are sought to be used as many times as possible. Hence, within this thesis, investigations into the stability of the catalyser layer were performed. For this purpose, all experiments were conducted with unloaded micro spheres, to put the focus on the reaction and therefore the catalyser. Nonetheless, theoretical calculations were made that show how much hydrogen would leave the glass micro spheres during the reactions.