Nano-Sized Magnesium Hydride as Efficient Hydrogen Storage

Sonication is applied to magnesium hydride in order to accelerate the hydrolysis of magnesium hydride to enhance hydrogen generation. Additionally, ultrasonically nanostructured magnesium hydride, i.e. MgH2 nanoparticles, show improved hydrogen storage capacity.

Magnesium Hydride for Hydrogen Storage

Magnesium hydride can be efficiently and inexpensively syntheiszed via ultrasonic hydrolysisMagnesium hydride, MgH2, has drawn widely attention as option for hydrogen storage. Main benefits are its abundant resource, high performance, light weight, low-cost, and safety. In comparison to other hydrides usable for hydrogen storage, MgH2 لديه أعلى كثافة تخزين الهيدروجين مع ما يصل إلى 7.6 بالوزن٪. يمكن تخزين الهيدروجين في Mg في شكل هيدريدات معدنية قائمة على Mg. تعرف عملية تخليق MgH2 باسم الامتزاز الكيميائي الانفصامي. طريقة شائعة لإنتاج هيدريد المعادن القائم على المغنيسيوم من المغنيسيوم و H2 ، هو التكوين عند درجة حرارة 300-400 درجة مئوية وضغط الهيدروجين من 2.4-40 ميجا باسكال. تذهب معادلة التكوين على النحو التالي: Mg + H2 ⇌ MgH2
The high heat treatment comes with significant degradation effects of the hydrides, such as recrystallization, phase segregation, nanoparticles agglomeration etc. Furthermore, high temperatures and pressures make the formation of MgH2 energy-intensive, complex and thereby expensive.

طلب معلومات




لاحظ لدينا سياسة الخصوصية.


MultiSonoReactor MSR-4 for large throughput sonication of magnesium hydride

MultiSonoReactor MSR-4 for large throughput sonication of magnesium hydride

Ultrasonic Hydrolysis of Magnesium Hydride

أظهر Hiroi et al. (2011) أن صوتنة جسيمات MgH2 النانوية والألياف النانوية كثفت تفاعل التحلل المائي MgH2 + 2H2O = Mg (OH) 2 + 2H2 + 277 kJ. في هذه الدراسة ، أظهرت الألياف النانوية MgH2 سعة تخزين الهيدروجين القصوى البالغة 14.4٪ في درجة حرارة الغرفة. بالإضافة إلى ذلك ، أظهر الباحثون أن مزيجا من الصوتنة والتحلل المائي MgH2 فعال إلى حد كبير لتوليد الهيدروجين بكفاءة دون تسخين وإضافة أي عامل كيميائي. ووجدوا أيضا أن الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد كانت الطريقة الأكثر فعالية من أجل الحصول على معدل تحويل مرتفع. وصل معدل التحلل المائي عند صوتنة التردد المنخفض "إلى 76٪ من حيث درجة التفاعل عند 7.2 ks بتردد فوق صوتي يبلغ 28 كيلو هرتز. كانت هذه القيمة أكثر من 15 ضعف القيمة التي تم الحصول عليها في حالة العينة غير الصوتية ، مما يشير إلى كثافة هيدروجين مكافئة تبلغ 11.6٪ على أساس وزن MgH2.
The results revealed that ultrasound will enhance the hydrolysis reaction of MgH2 by increasing reaction rate constant due to the generation of radical and exfoliating the passive layer of Mg(OH)2 over the unreacted MgH2 due to the generation of large shear forces. (Hiroi et al. 2011)

Problem: Slow Hydrolysis of Magnesium Hydride

Promotion of magnesium hydride hydrolysis via ball milling, hot water treatment or chemical additives have been investigated, but were not found to enhance the chemical conversion rate in a significant manner. Regarding the addition of chemicals, chemical additives, such as buffering agents, chelators, and ion exchangers, which helped to prevent the formation of a passivating Mg(OH)2 layer, produced impurities in the post-Mg cycling process.

Solution: Ultrasonic Dispersing of Magnesium Hydride

Ultrasonic dispersing and wet-milling is a highly efficient technique to produce nano-sized particles and crystals with a very narrow distribution curve. By dispersing magnesium hydride evenly in nano-size, the active surface area becomes significantly enlarged. Furthermore, sonication removes passivating layers and increases mass transfer for superior chemical conversion rates. Ultrasonic milling, dispersing, deagglomeration and particle surface cleaning excel other milling techniques in efficiency, reliability and simplicity.

The ultrasonicator UIP1000hdT is a powerful disperser for medium-sized production scale.

صوتنيكاتور UIP1000hdT for the continuous inline processing of magnesium hydride

Ultrasonic milling and dispersing is a highly efficient method for particle size reduction, e.g. magnesium hydride

Ultrasonic wet-milling and dispersing is a highly efficient method for particle size reduction, e.g. of magnesium hydride

Nanostructured Magnesium Hydride as Improved Hydrogen Storage

Nano-structuring magnesium hydrides has been scientifically proven to be an effective strategy which allows to simultaneously enhance the ab/de-sorption thermodynamic and kinetic properties of MgH2. Nano-sized / nano-structured magnesium-based structures such as MgH2 nanoparticles and nanofibres can be further enhanced by reducing the particle and grain size, thereby decreasing their hydride formation enthalpy ΔH. Calculations revealed reaction barrier for the decomposition of nano-sized MgH2 was remarkably lower than that of bulk MgH2, indicating that nanostructure engineering of MgH2 is thermodynamically and kinetically favourable to the enhanced performance. (cf. Ren et al., 2023)

Ultrasonically nanostructured magnesium hydride offers improved energy balance for the hydrogen absorption and desorption of bulk MgH2

Comparison of the energy barriers for the hydrogen absorption and desorption of bulk MgH2 and nanostructured ultrafine MgH2.
(study and graph: ©Zhang et al., 2020)

Ultrasonic Nanosizing and Nanostructuring of Magnesium Hydride

The research team of Dr. Andreeva investigated the beneficial effects of sonication on nanostructuring metals and minerals such as magnesiumUltrasonic nanostructuring is a highly effective technique that allows to change the thermodynamics of magnesium hydride without affecting the hydrogen capacity. The ultra-fine MgH2 nanoparticles exhibit a significantly improved hydrogen desorption capacity. Nano-sizing magnesium hydride is a way to significantly reduce the hydrogen ab-/de-sorption temperature and increase the rate of re/de-hydrogenation of MgH2, due to the introduction of defects, shortening of hydrogen diffusion paths, increasing of nucleation sites, and destabilization of Mg–H bonding.
A simple sonochemical treatment provides the possibility of low-energy hydrides formation, particularly, in the case of magnesium particles treatment. For instance, Baidukova et al. (2026) demonstrated the possibility to form low-energy hydrides in a porous magnesium-magnesium hydroxide matrix by means of the sonochemical treatment of magnesium particles in aqueous suspensions.

Sonochemically Synthesized Nano-Magnesium Hydride for Efficient Hydrogen Storage

تحقق جسيمات هيدريد المغنيسيوم النانوية المحضرة بالموجات فوق الصوتية انعكاسا في درجة الحرارة المحيطة تبلغ 6.7٪ بالوزن لتخزين عكسي للهيدروجين
Using light metal hydrides as carriers for hydrogen storage is a promising approach for safe and efficient storage of hydrogen. One particular metal hydride, magnesium hydride (MgH2), has gained significant interest due to its high hydrogen content and the abundance of magnesium in nature. However, bulk MgH2 has the disadvantage of being stable, only releasing hydrogen at very high temperatures of more than 300°C. This is impractical and inefficient for hydrogen-storage related applications.
قام Zhang et al. (2020) بالتحقيق في إمكانية تخزين الهيدروجين القابل للانعكاس في درجة الحرارة المحيطة عن طريق إنشاء جسيمات نانوية متناهية الصغر من MgH2. استخدموا صوتنة من أجل بدء عملية metathesis ، والتي هي في الواقع عملية تحلل مزدوجة. تم تطبيق Sonication على ملاط يتكون من السائل والمواد الصلبة بهدف إنشاء جسيمات نانوية. تم إنتاج هذه الجسيمات النانوية ، بدون أي هياكل سقالة إضافية ، بنجاح بأحجام في الغالب حوالي 4-5 نانومتر. بالنسبة لهذه الجسيمات النانوية ، قام y بقياس سعة تخزين الهيدروجين القابلة للانعكاس بنسبة 6.7٪ بالوزن عند 30 درجة مئوية ، وهو إنجاز مهم لم يتم إثباته من قبل. وقد أصبح هذا ممكنا بفضل زعزعة الاستقرار الديناميكي الحراري وتقليل الحواجز الحركية. أظهرت الجسيمات النانوية العارية أيضا سلوكا مستقرا وسريعا لدورة الهيدروجين خلال 50 دورة عند 150 درجة مئوية ، وهو تحسن ملحوظ مقارنة ب MgH2 السائب. تقدم هذه النتائج صوتنة كعلاج محتمل يؤدي إلى كفاءة أعلى من MgH2 لتخزين الهيدروجين.
(cf. Zhang et al. 2020)

Ultrasonically dispersed magnesium hydride particles exhibit nano-size distribution. Nano-sized MgH2 shows improved hydrogen storage properties.

Particle size distribution ultrafine MgH2 prepared after sonication.
(study and graph: ©Zhang et al., 2020)

Ultrasonic Magnesium Hydride Treatment

  • رد فعل أسرع
  • Higher conversion rate
  • Nanostructured MgH2
  • Removal of passivating layers
  • More complete reaction
  • زيادة النقل الجماعي
  • عوائد أعلى
  • Improved hydrogen sorption
Ultrasonic flow cell for inline milling and nanosizing of magnesium hydride. Nano-sized MgH2 shows improved hydrogen storage capacities.

Ultrasonic glass reactor for inline nanostructuring of MgH2 slurries

 

طلب معلومات




لاحظ لدينا سياسة الخصوصية.


High-Performance Ultrasonicators for Magnesium Hydride Treatment

Sonochemistrythe application of power ultrasound to chemical reactionsis a reliable processing technology, which facilitates and accelerates the syntheses, catalytic reactions and other hetergeneous reactions. Hielscher Ultrasonics portfolio covers the full range from compact lab ultrasonicators to industrial sonochemical systems for all kind of chemical applications such as the hydrolysis of magnesium hydride and its nano-milling / nano-structuring. This allow us at Hielscher to offer you the most suitable ultrasonicator for your envisaged MgH2 process. Our long-time experienced staff will assist you from feasibility tests and process optimisation to the installation of your ultrasonic system on final production level.
The small foot-print of our ultrasonic homogenizers as well as their versatility in installation options make them fit even into small-space processing facilities. Ultrasonic processors are installed worldwide in fine chemistry, petro-chemistry, and nano-material production facilities.

Batch and Inline

Hielscher sonochemical equipmment can be used for batch and continuous flow-through processing. Ultrasonic batch processing is ideal for process testing, optimisation and small to mid-size production level. For a producing large volumes of materials, inline processing might be more advantageous. A continuous inline mixing process requires a sophisticated setupconsisting in a pump, hoses or pipes and tanks -, but it is highly efficient, rapid and requires significantly less labour. Hielscher Ultrasonics has the most suitable sonochemical setup for your sono-synthesis reaction, processing volume and goals.

Ultrasonic Probes and Reactors for MgH2 Hydrolysis at Any Scale

UIP4000hdT flow cell for inline sonication on industrial scaleHielscher Ultrasonics product range covers the full spectrum of ultrasonic processors from compact lab ultrasonicators over bench-top and pilot systems to fully-industrial ultrasonic processors with the capacity to process truckloads per hour. The full product range allows us to offer you the most suitable ultrasonic homogenizer for your process capacity and production targets.
Ultrasonic benchtop systems are ideal for feasibility testing and process optimization. Linear scale-up based on established process parameters makes it very easy to increase the processing capacities from smaller lots to fully commercial production. Up-scaling can be done by either installing a more powerful ultrasonic unit or clustering several ultrasonicators in parallel. With the UIP16000, Hielscher offers the most powerful ultrasonic homogenizer worldwide.

سعات يمكن التحكم فيها بدقة للحصول على أفضل النتائج

All Hielscher ultrasonicators are precisely controllable and thereby reliable work horses in production. The amplitude is one of the crucial process parameters that influence the efficiency and effectiveness of sonochemical reactions Hielscher industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control. All Hielscher Ultrasonics processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Precise amplitude settings and the permanent monitoring of the ultrasonic process parameters via smart software give you the possibility to treat your reagants with the most effective ultrasonic conditions. Optimal sonication for an outstanding chemical conversion rate!
The robustness of Hielscher ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your chemical process requirements.

أعلى جودة – صمم وصنع في ألمانيا

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance mixers.
Hielscher Ultrasonics industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available.

يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:

حجم الدفعةمعدل التدفقالأجهزة الموصى بها
1 إلى 500 مل10 إلى 200 مل / دقيقةUP100H
10 إلى 2000 مل20 إلى 400 مل / دقيقةUP200Ht, UP400ST
0.1 إلى 20 لتر0.2 إلى 4 لتر / دقيقةUIP2000hdT
10 إلى 100 لتر2 إلى 10 لتر / دقيقةUIP4000hdt
15 إلى 150 لتر3 إلى 15 لتر / دقيقةUIP6000hdT
ن.أ.10 إلى 100 لتر / دقيقةUIP16000
ن.أ.أكبرمجموعة من UIP16000

اتصل بنا! / اسألنا!

اطلب المزيد من المعلومات

يرجى استخدام النموذج أدناه لطلب معلومات إضافية حول المعالجات بالموجات فوق الصوتية والتطبيقات والسعر. سنكون سعداء لمناقشة العملية الخاصة بك معك وأن نقدم لك نظام الموجات فوق الصوتية تلبية الاحتياجات الخاصة بك!









يرجى ملاحظة سياسة الخصوصية.


تستخدم المجانسات عالية القص بالموجات فوق الصوتية في المعالجة المعملية وفوق الطاولة والتجريبية والصناعية.

Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.

الأدب / المراجع



حقائق تستحق المعرفة

Advantages of Magnensium Hydride for Hydrogen Storage

  • Ideal, balanced gravimetric
  • Superior volumetric energy density
  • رخيصه
  • Abundantly available
  • Easy to handle (even in air)
  • Direct reaction with water is possible
  • Reaction kinetics can be tailored for specific applications
  • 
High reaction and product safety
  • 
Non-toxic and safe-to-use
  • الصديقه

What is Magnesium Hydride?

Magnesium hydride (MgH2; المعروف أيضا باسم ثنائي هيدريد المغنيسيوم) له بنية رباعية الزوايا ويعرض شكل بلورة مكعبة عديمة اللون أو مسحوق أبيض فاتح. يتم استخدامه كمصدر HDYROGEN لبطاريات الوقود أقل من 10000 واط. كمية الهيدروجين التي يتم إطلاقها بواسطة الماء أعلى من 14.8٪ ، وهي أعلى بكثير من كمية الهيدروجين المنبعثة عبر خزان تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط (70MPa ، ~ 5.5٪) ومواد تخزين الهيدروجين المعدنية الثقيلة (<2 وزن٪). علاوة على ذلك ، فإن هيدريد المغنيسيوم آمن وعالي الكفاءة ، مما يحولها إلى تقنية واعدة لتخزين الهيدروجين الفعال. يستخدم التحلل المائي لهيدريد المغنيسيوم كنظام إمداد للهيدروجين في خلايا الوقود الغشائية لتبادل البروتون (PEMFC) ، مما يحسن كثافة الطاقة للنظام بشكل كبير. أنظمة بطاريات الوقود الصلبة / شبه الصلبة Mg-H ذات كثافة الطاقة العالية قيد التطوير أيضا. ميزتها الواعدة هي كثافة الطاقة 3-5 مرات أعلى من بطاريات الليثيوم أيون.
Synonyms: Magnesium dihydride, magnesium hydride (hydrogen storage grade)
Used as material for hydrogen storage
Molecular Formula: MgH2
Molecular Weight:26.32 Density:1.45g/mL
Melting Point:>250℃
Solubility: insoluble in normal organic solution


Hielscher Ultrasonics توفر المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر إلى الحجم الصناعي.

الموجات فوق الصوتية عالية الأداء! تغطي مجموعة منتجات Hielscher الطيف الكامل من الموجات فوق الصوتية للمختبر المدمجة على وحدات مقاعد البدلاء إلى أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية الكاملة.

 

سنكون سعداء لمناقشة العملية الخاصة بك.

Let's get in contact.