Υδρίδιο μαγνησίου νανομεγέθους ως αποτελεσματική αποθήκευση υδρογόνου

Κατεργασία με υπερήχους εφαρμόζεται στο υδρίδιο του μαγνησίου προκειμένου να επιταχυνθεί η υδρόλυση του υδριδίου του μαγνησίου για την ενίσχυση της παραγωγής υδρογόνου. Επιπλέον, υπερηχητικά νανοδομημένο υδρίδιο μαγνησίου, δηλαδή νανοσωματίδια MgH2, δείχνουν βελτιωμένη χωρητικότητα αποθήκευσης υδρογόνου.

Υδρίδιο μαγνησίου για αποθήκευση υδρογόνου

Υδρίδιο μαγνησίου, MgH₂, έχει τραβήξει ευρέως την προσοχή ως επιλογή για την αποθήκευση υδρογόνου. Τα κύρια οφέλη είναι ο άφθονος πόρος, η υψηλή απόδοση, το μικρό βάρος, το χαμηλό κόστος και η ασφάλεια. Σε σύγκριση με άλλα υδρίδια που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αποθήκευση υδρογόνου, MgH₂ έχει τις υψηλότερες πυκνότητες αποθήκευσης υδρογόνου έως και 7,6 κ.β. %. Το υδρογόνο μπορεί να αποθηκευτεί σε Mg με τη μορφή μεταλλικών υδριδίων με βάση το Mg. Η διαδικασία της σύνθεσης MgH2 είναι γνωστή ως διασχιστική χημειορρόφηση. Μια κοινή μέθοδος για την παραγωγή μεταλλικού υδριδίου με βάση το Mg από Mg και H2, είναι ο σχηματισμός σε θερμοκρασία 300-400°C και πίεση υδρογόνου 2,4-40 MPa. Η εξίσωση σχηματισμού έχει ως εξής: Mg + H₂ ⇌ MgH₂
Η υψηλή θερμική επεξεργασία έρχεται με σημαντικές επιπτώσεις υποβάθμισης των υδριδίων, όπως ανακρυστάλλωση, διαχωρισμός φάσης, συσσώρευση νανοσωματιδίων κ.λπ. Επιπλέον, οι υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις καθιστούν το σχηματισμό MgH2 έντασης ενέργειας, πολύπλοκο και επομένως δαπανηρό.

Υπερήχων υδρόλυση υδριδίου μαγνησίου

Οι Hiroi et al. (2011) έδειξαν ότι η υπερήχηση νανοσωματιδίων MgH2 και νανοϊνών ενέτεινε την αντίδραση υδρόλυσης MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ. Σε αυτή τη μελέτη, οι νανοΐνες MgH2 παρουσίασαν τη μέγιστη χωρητικότητα αποθήκευσης υδρογόνου 14,4% μάζας σε θερμοκρασία δωματίου. Επιπλέον, οι ερευνητές απέδειξαν ότι ένας συνδυασμός υπερήχων και υδρόλυσης MgH2 είναι σημαντικά αποτελεσματικός για την αποτελεσματική παραγωγή υδρογόνου χωρίς θέρμανση και προσθήκη χημικού παράγοντα. Διαπίστωσαν επίσης ότι ο υπέρηχος χαμηλής συχνότητας ήταν η πιο αποτελεσματική μέθοδος για να επιτευχθεί υψηλό ποσοστό μετατροπής. Ο ρυθμός υδρόλυσης σε κατεργασία με υπερήχους χαμηλής συχνότητας "έφτασε τόσο υψηλό όσο το 76% όσον αφορά τον βαθμό αντίδρασης στα 7,2 ks σε συχνότητα υπερήχων 28 kHz. Η τιμή αυτή ήταν περισσότερο από 15 φορές μεγαλύτερη από την τιμή που ελήφθη στην περίπτωση του δείγματος χωρίς υπερήχους, υποδεικνύοντας ισοδύναμη πυκνότητα υδρογόνου 11,6% μάζας με βάση το βάρος του MgH2."
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι ο υπέρηχος θα ενισχύσει την αντίδραση υδρόλυσης του MgH2 αυξάνοντας σταθερά τον ρυθμό αντίδρασης λόγω της δημιουργίας ριζών και απολεπίζοντας το παθητικό στρώμα του Mg(OH)2 πάνω από το μη αντιδραστικό MgH2 λόγω της δημιουργίας μεγάλων δυνάμεων διάτμησης. (Hiroi et al. 2011)

Πρόβλημα: Αργή υδρόλυση υδριδίου μαγνησίου

Η προώθηση της υδρόλυσης υδριδίου μαγνησίου μέσω άλεσης σφαιριδίων, επεξεργασίας ζεστού νερού ή χημικών προσθέτων έχει διερευνηθεί, αλλά δεν βρέθηκε να ενισχύει σημαντικά το ποσοστό χημικής μετατροπής. Όσον αφορά την προσθήκη χημικών ουσιών, χημικά πρόσθετα, όπως ρυθμιστικοί παράγοντες, χηλικοί παράγοντες και ιοντοανταλλάκτες, τα οποία βοήθησαν στην πρόληψη του σχηματισμού ενός παθητικού στρώματος Mg(OH)2, παρήγαγαν ακαθαρσίες στη διαδικασία κύκλου μετά το Mg.

Λύση: Υπερήχων διασπορά υδριδίου μαγνησίου

Υπερήχων διασπορά και υγρός-άλεση είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική τεχνική για την παραγωγή νανο-μεγέθους σωματίδια και κρυστάλλους με μια πολύ στενή καμπύλη κατανομής. Με τη διασπορά υδριδίου μαγνησίου ομοιόμορφα σε νανο-μέγεθος, η ενεργή επιφάνεια διευρύνεται σημαντικά. Επιπλέον, υπερήχηση αφαιρεί παθητικοποιώντας στρώματα και αυξάνει τη μεταφορά μάζας για ανώτερα ποσοστά χημικής μετατροπής. Υπερήχων άλεση, διασπορά, αποσυσσωμάτωση και καθαρισμός επιφάνειας σωματιδίων υπερέχουν άλλες τεχνικές άλεσης στην αποτελεσματικότητα, την αξιοπιστία και την απλότητα.

Υπερήχων υγρή άλεση και διασπορά είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδος για τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων, π.χ. του υδριδίου του μαγνησίου

Νανοδομημένο υδρίδιο μαγνησίου ως βελτιωμένη αποθήκευση υδρογόνου

Η νανο-δόμηση υδριδίων μαγνησίου έχει αποδειχθεί επιστημονικά ότι είναι μια αποτελεσματική στρατηγική που επιτρέπει την ταυτόχρονη ενίσχυση των θερμοδυναμικών και κινητικών ιδιοτήτων του MgH2. Οι νανο-μεγέθους / νανο-δομημένες δομές με βάση το μαγνήσιο, όπως τα νανοσωματίδια MgH2 και οι νανοΐνες, μπορούν να ενισχυθούν περαιτέρω μειώνοντας το μέγεθος των σωματιδίων και των κόκκων, μειώνοντας έτσι την ενθαλπία σχηματισμού υδριδίων ΔH. Οι υπολογισμοί αποκάλυψαν ότι το φράγμα αντίδρασης για την αποσύνθεση του νανομεγέθους MgH2 ήταν αξιοσημείωτα χαμηλότερο από αυτό του χύδην MgH2, υποδεικνύοντας ότι η μηχανική νανοδομής του MgH2 είναι θερμοδυναμικά και κινητικά ευνοϊκή για τη βελτιωμένη απόδοση. (πρβλ. Ren et al., 2023)

Σύγκριση των ενεργειακών φραγμών για την απορρόφηση και εκρόφηση υδρογόνου χύδην MgH2 και νανοδομημένου εξαιρετικά λεπτού MgH2.
(μελέτη και γράφημα: ©Zhang et al., 2020)

Υπερήχων νανοδιαστασιολόγηση και νανοδομή του υδριδίου του μαγνησίου

Υπερήχων νανοδομή είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική τεχνική που επιτρέπει την αλλαγή της θερμοδυναμικής του υδριδίου του μαγνησίου χωρίς να επηρεάζει την ικανότητα υδρογόνου. Τα εξαιρετικά λεπτά νανοσωματίδια MgH2 παρουσιάζουν σημαντικά βελτιωμένη ικανότητα εκρόφησης υδρογόνου. Το υδρίδιο μαγνησίου νανομεγέθους είναι ένας τρόπος σημαντικής μείωσης της θερμοκρασίας απορρόφησης υδρογόνου ab-/de-ufption και αύξησης του ρυθμού επαν/απο-υδρογόνωσης του MgH2, λόγω της εισαγωγής ελαττωμάτων, της συντόμευσης των διαδρομών διάχυσης υδρογόνου, της αύξησης των θέσεων πυρήνωσης και της αποσταθεροποίησης του δεσμού Mg-H.
Μια απλή ηχοχημική επεξεργασία παρέχει τη δυνατότητα σχηματισμού υδριδίων χαμηλής ενέργειας, ιδιαίτερα στην περίπτωση επεξεργασίας σωματιδίων μαγνησίου. Για παράδειγμα, οι Baidukova et al. (2026) κατέδειξαν τη δυνατότητα σχηματισμού υδριδίων χαμηλής ενέργειας σε πορώδη μήτρα υδροξειδίου του μαγνησίου-μαγνησίου μέσω της ηχοχημικής επεξεργασίας σωματιδίων μαγνησίου σε υδατικά εναιωρήματα.

Σονοχημικά συνθετικό υδρίδιο νανομαγνησίου για αποτελεσματική αποθήκευση υδρογόνου

Τα νανοσωματίδια υδριδίου του μαγνησίου που παρασκευάζονται με υπερήχους επιτυγχάνουν αναστρεψιμότητα θερμοκρασίας περιβάλλοντος 6,7% κ.β. αναστρέψιμη αποθήκευση υδρογόνου
Η χρήση ελαφρών μεταλλικών υδριδίων ως φορέων αποθήκευσης υδρογόνου είναι μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για την ασφαλή και αποτελεσματική αποθήκευση υδρογόνου. Ένα συγκεκριμένο μεταλλικό υδρίδιο, το υδρίδιο του μαγνησίου (MgH2), έχει αποκτήσει σημαντικό ενδιαφέρον λόγω της υψηλής περιεκτικότητάς του σε υδρογόνο και της αφθονίας μαγνησίου στη φύση. Ωστόσο, ο όγκος MgH2 έχει το μειονέκτημα ότι είναι σταθερός, απελευθερώνοντας υδρογόνο μόνο σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες άνω των 300°C. Αυτό είναι ανέφικτο και αναποτελεσματικό για εφαρμογές που σχετίζονται με την αποθήκευση υδρογόνου.
Οι Zhang et al. (2020) διερεύνησαν τη δυνατότητα αναστρέψιμης αποθήκευσης υδρογόνου σε θερμοκρασία περιβάλλοντος δημιουργώντας εξαιρετικά λεπτά νανοσωματίδια MgH2. Χρησιμοποίησαν υπερήχους για να ξεκινήσουν μια διαδικασία μετάθεσης, η οποία είναι ουσιαστικά μια διαδικασία διπλής αποσύνθεσης. Κατεργασία με υπερήχους εφαρμόστηκε σε πολτό που αποτελείται από υγρό και στερεά με σκοπό τη δημιουργία νανοσωματιδίων. Αυτά τα νανοσωματίδια, χωρίς πρόσθετες δομές ικριωμάτων, παρήχθησαν με επιτυχία με μεγέθη κυρίως περίπου 4-5 nm. Για αυτά τα νανοσωματίδια, το y μέτρησε μια αναστρέψιμη ικανότητα αποθήκευσης υδρογόνου 6,7 wt% στους 30 ° C, ένα σημαντικό επίτευγμα που δεν έχει αποδειχθεί πριν. Αυτό κατέστη δυνατό με θερμοδυναμική αποσταθεροποίηση και μειωμένους κινητικούς φραγμούς. Τα γυμνά νανοσωματίδια παρουσίασαν επίσης σταθερή και ταχεία συμπεριφορά κύκλου υδρογόνου κατά τη διάρκεια 50 κύκλων στους 150 ° C, μια αξιοσημείωτη βελτίωση σε σύγκριση με το χύμα MgH2. Αυτά τα ευρήματα παρουσιάζουν υπερήχηση ως πιθανή θεραπεία που οδηγεί σε υψηλότερη αποτελεσματικότητα του MgH2 για αποθήκευση υδρογόνου.
(πρβλ. Zhang et al. 2020)

Κατανομή μεγέθους σωματιδίων εξαιρετικά λεπτό MgH2 παρασκευάζεται μετά από υπερήχους.
(μελέτη και γράφημα: ©Zhang et al., 2020)

Υπερήχων υψηλής απόδοσης για τη θεραπεία υδριδίου μαγνησίου

Ηχοχημεία – την εφαρμογή υπερήχων ισχύος σε χημικές αντιδράσεις – είναι μια αξιόπιστη τεχνολογία επεξεργασίας, η οποία διευκολύνει και επιταχύνει τις συνθέσεις, τις καταλυτικές αντιδράσεις και άλλες ετερογενείς αντιδράσεις. Hielscher Υπέρηχοι χαρτοφυλάκιο καλύπτει το πλήρες φάσμα από συμπαγή εργαστήριο υπερήχων σε βιομηχανικά sonochemical συστήματα για κάθε είδους χημικές εφαρμογές, όπως η υδρόλυση του υδριδίου του μαγνησίου και νανο-άλεση / νανο-δομή. Αυτό μας επιτρέπει στο Hielscher να σας προσφέρουμε το πιο κατάλληλο υπερήχων για την προβλεπόμενη διαδικασία MgH2 σας. Το μακροχρόνιο έμπειρο προσωπικό μας θα σας βοηθήσει από τις δοκιμές σκοπιμότητας και τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας στην εγκατάσταση του συστήματος υπερήχων σας στο τελικό επίπεδο παραγωγής.
Το μικρό αποτύπωμα των ομογενοποιητών υπερήχων μας, καθώς και η ευελιξία τους στις επιλογές εγκατάστασης, τους καθιστούν κατάλληλους ακόμη και σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας μικρού χώρου. Υπερήχων επεξεργαστές εγκαθίστανται παγκοσμίως σε λεπτή χημεία, πετροχημεία, και εγκαταστάσεις παραγωγής νανο-ϋλικών.

παρτίδα και σε σειρά

Hielscher sonochemical εξοπλισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παρτίδα και συνεχή ροή-μέσω επεξεργασίας. Η επεξεργασία παρτίδας υπερήχων είναι ιδανική για δοκιμές διαδικασίας, βελτιστοποίηση και επίπεδο παραγωγής μικρού έως μεσαίου μεγέθους. Για την παραγωγή μεγάλων όγκων υλικών, η ενσωματωμένη επεξεργασία μπορεί να είναι πιο συμφέρουσα. Μια συνεχής ενσωματωμένη διαδικασία ανάμιξης απαιτεί εξελιγμένη ρύθμιση – αποτελείται από αντλία, εύκαμπτους σωλήνες ή σωλήνες και δεξαμενές -, αλλά είναι εξαιρετικά αποδοτικό, γρήγορο και απαιτεί σημαντικά λιγότερη εργασία. Hielscher Υπέρηχοι έχει την πιο κατάλληλη sonochemical ρύθμιση για sono-σύνθεση αντίδραση σας, επεξεργασία όγκου και τους στόχους.

Υπερηχητικοί ανιχνευτές και αντιδραστήρες για υδρόλυση MgH2 σε οποιαδήποτε κλίμακα

Hielscher Υπέρηχοι γκάμα προϊόντων καλύπτει το πλήρες φάσμα των υπερήχων επεξεργαστές από συμπαγή εργαστήριο υπερήχων πάνω από πάγκο-top και πιλοτικά συστήματα σε πλήρως βιομηχανική υπερήχων επεξεργαστές με την ικανότητα να επεξεργάζονται φορτία φορτηγών ανά ώρα. Η πλήρης γκάμα προϊόντων μας επιτρέπει να σας προσφέρουμε τον καταλληλότερο ομογενοποιητή υπερήχων για την ικανότητα επεξεργασίας και τους στόχους παραγωγής σας.
Τα υπερηχητικά συστήματα πάγκου είναι ιδανικά για δοκιμές σκοπιμότητας και βελτιστοποίηση της διαδικασίας. Η γραμμική κλιμάκωση με βάση τις καθιερωμένες παραμέτρους της διαδικασίας καθιστά πολύ εύκολη την αύξηση των δυνατοτήτων επεξεργασίας από μικρότερες παρτίδες σε πλήρως εμπορική παραγωγή. Up-κλιμάκωση μπορεί να γίνει είτε με την εγκατάσταση μιας πιο ισχυρής μονάδας υπερήχων ή ομαδοποίηση πολλών υπερήχων παράλληλα. Με την UIP16000, Hielscher προσφέρει το πιο ισχυρό υπερήχων ομογενοποιητή παγκοσμίως.

Ακριβώς ελεγχόμενα πλάτη για βέλτιστα αποτελέσματα

Όλοι οι υπερήχων Hielscher είναι ακριβώς ελεγχόμενοι και ως εκ τούτου αξιόπιστα άλογα εργασίας στην παραγωγή. Το πλάτος είναι μία από τις κρίσιμες παραμέτρους της διαδικασίας που επηρεάζουν την αποδοτικότητα και την αποτελεσματικότητα των sonochemical αντιδράσεων Όλοι οι επεξεργαστές Hielscher Ultrasonics επιτρέπουν την ακριβή ρύθμιση του πλάτους. Τα Sonotrodes και τα ενισχυτικά κέρατα είναι αξεσουάρ που επιτρέπουν την τροποποίηση του πλάτους σε ακόμη ευρύτερο φάσμα. Hielscher βιομηχανική υπερήχων επεξεργαστές μπορεί να παραδώσει πολύ υψηλά πλάτη και να παραδώσει την απαιτούμενη υπερηχητική ένταση για απαιτητικές εφαρμογές. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία.
Οι ακριβείς ρυθμίσεις πλάτους και η μόνιμη παρακολούθηση των παραμέτρων της διαδικασίας υπερήχων μέσω έξυπνου λογισμικού σας δίνουν τη δυνατότητα να αντιμετωπίζετε τα reagants σας με τις πιο αποτελεσματικές συνθήκες υπερήχων. Βέλτιστη υπερήχηση για ένα εξαιρετικό ποσοστό χημικής μετατροπής!
Η ευρωστία του εξοπλισμού υπερήχων Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα. Αυτό καθιστά τον υπερηχητικό εξοπλισμό της Hielscher ένα αξιόπιστο εργαλείο εργασίας που πληροί τις απαιτήσεις της χημικής διαδικασίας σας.

Υψηλότερη ποιότητα – Σχεδιασμένο και κατασκευασμένο στη Γερμανία

Ως οικογενειακή επιχείρηση και οικογενειακή επιχείρηση, Hielscher δίνει προτεραιότητα στα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας για τους υπερηχητικούς επεξεργαστές της. Όλοι οι υπερήχων σχεδιάζονται, κατασκευάζονται και ελέγχονται διεξοδικά στην έδρα μας στο Teltow κοντά στο Βερολίνο, Γερμανία. Η ευρωστία και η αξιοπιστία του εξοπλισμού υπερήχων Hielscher το καθιστούν άλογο εργασίας στην παραγωγή σας. 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία υπό πλήρες φορτίο και σε απαιτητικά περιβάλλοντα είναι ένα φυσικό χαρακτηριστικό των μίξερ υψηλής απόδοσης της Hielscher.
Hielscher Υπέρηχοι βιομηχανική υπερήχων επεξεργαστές μπορεί να παραδώσει πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes.

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: