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Thermischer Speicher
BMBF
Thermochemischer Speicher 21.4.2016

Demonstrator: Der Metallhybridspeicher hat ein Standardformat von 19 Zoll und soll für die sichere und kompakte H2-Versorsgung von Brennstoffzellen eingesetzt werden.
© DLR Stuttgart

Metallhydride speichern schneller mit Graphit

Viele Metall-Legierungen können große Mengen Wasserstoff reversibel binden, indem sie Metallhydride bilden. Die chemische Reaktion setzt große Wärmemengen frei. Metallhydride eignen sich daher nicht nur zur Wasserstoffspeicherung sondern auch als thermochemische Wärmespeicher. Durch die Kombination mit wärmeleitfähigem Grafit in einem Verbundwerkstoff wollen Forscher Speicher mit extrem hohen Be- und Entladeleistungen realisieren.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Typische Anlagengröße Energie 0,1 MWh
Typische Anlagengröße Leistung 1 MW
Energiedichte volumetrisch 2.145 Wh/l
Energiedichte gravimetrisch 600 bis 1.800 Wh/kg
Speicherverlust kein
Wirkungsgrad 80 %
Zyklenfestigkeit (80% Entladetiefe) > 1.000
Typische Entladezeit wenige Minuten
Typische Zeit zwischen Ein- und Auslagerung wenige Minuten
Anwendungsfelder Beispiele Thermobooster, H2-Speicher
Speichereffekt Reversible chemische Reaktionen; Hydrierung von Metalllegierungen
Entwicklungsgegenstand Speichermedium, Speicherkonstruktion (Stahltank), Be- und Entladeeinrichtungen (integrierter Wärmetauscher), Hilfseinrichtungen (Ventile, Sensorik)
Projektlaufzeit Juli 2012 bis Dezember 2015

Damit hochdynamischer Wasserstoffspeicher innerhalb weniger Minuten vollständig Be- und Entladen werden können, sollen bekannte Speichermaterialien verbessert werden. Ziel der Forschungsarbeiten ist nicht alleine kurze Betankungszeiten für stoffliche Wasserstoffspeicher zu erreichen. Die neuen Verbundmaterialien können auch hochdynamische thermochemische Energiespeicheranwendungen ermöglichen. Die hohe Wärmetönung der chemischen Reaktion bietet zusammen mit ihrer teilweise ausgezeichneten Reaktionskinetik vielversprechende Möglichkeiten in einem weiten Temperaturbereich und damit auch für sehr unterschiedliche Anwendungen. Denkbar sind beispielsweise Hochtemperatur-Prozesswärmespeicher, Thermobooster (Kaltstart) oder vibrations- und geräuschlose Wasserstoffkompressoren.

  • Bei der Hydridbildung werden Wasserstoffatome in das Metallgitter eingebaut. Dabei wird Wärme frei. Wärmezufuhr setzt den Wasserstoff wieder frei. © Fraunhofer IFAM Dresden
  • Hydridbildende Metalllegierungen eignen sich sowohl als Speicher für Wasserstoff als auch für Wärme. © Fraunhofer IFAM Dresden
  • Im Hydrid-Verbundwerkstoff sorgt Grafit für eine hohe Wärmeleitfähigkeit. © Fraunhofer IFAM Dresden
  • Am Teststand in Stuttgart werden Zyklentests durchgeführt. © DLR Stuttgart

Grafit verbessert die Wärmeleitung und die Wasserstoffaufnahme

Um die technisch gewünschte hohe Dynamik eines hydridbasierten H2-Speichertanks zu erreichen, muss insbesondere der Wärmetransfer sowie die Wasserstoff-Permeation durch das Hydridbett langzeitstabil verbessert werden. Die Wissenschaftler verfolgen den aussichtsreichen Ansatz, Hydride mit Graphit in einem Verbundwerkstoff zu vereinen und wollen die verbesserten Eigenschaften unter realistischen Laborbedingungen demonstrieren. Graphit kann dabei einerseits die H2-Permeation beschleunigen und zweitens wegen seiner extrem hohen Wärmeleitfähigkeit die effiziente Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials von kleiner 1 W/mK im reinen Hydrid in den Bereich 30-80 W/mK im Hydrid-Graphit-Verbund erhöhen. Das Forschungsprojekt gliedert sich in die Teilvorhaben "Materialsynthese und Charakterisierung" und "Testung und Speichertank".

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

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