Hydrure de magnésium nanométrique pour un stockage efficace de l'hydrogène

La sonication est appliquée à l'hydrure de magnésium afin d'accélérer l'hydrolyse de l'hydrure de magnésium et d'améliorer la production d'hydrogène. En outre, l'hydrure de magnésium nanostructuré par ultrasons, c'est-à-dire les nanoparticules de MgH2, présente une meilleure capacité de stockage de l'hydrogène.

L'hydrure de magnésium pour le stockage de l'hydrogène

L'hydrure de magnésium peut être synthétisé de manière efficace et peu coûteuse par hydrolyse ultrasonique.Hydrure de magnésium, MgH2L'utilisation de l'hydrogène est une option qui a suscité beaucoup d'intérêt pour le stockage de l'hydrogène. Ses principaux avantages sont l'abondance des ressources, les performances élevées, la légèreté, le faible coût et la sécurité. Par rapport à d'autres hydrures utilisables pour le stockage de l'hydrogène, le MgH2 présente les densités de stockage d'hydrogène les plus élevées, jusqu'à 7,6 % en poids. L'hydrogène peut être stocké dans le Mg sous la forme d'hydrures métalliques à base de Mg. Le processus de synthèse du MgH2 est connu sous le nom de chimisorption dissociative. Une méthode courante pour produire des hydrures métalliques à base de Mg à partir de Mg et de H2 est la formation à une température de 300-400°C et à une pression d'hydrogène de 2,4-40 MPa. L'équation de formation est la suivante Mg + H2 ⇌ MgH2
Le traitement thermique élevé s'accompagne d'effets de dégradation significatifs des hydrures, tels que la recristallisation, la ségrégation de phase, l'agglomération de nanoparticules, etc. En outre, les températures et les pressions élevées rendent la formation de MgH2 énergivore, complexe et donc coûteuse.

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MultiSonoReactor MSR-4 pour la sonication à haut débit de l'hydrure de magnésium

MultiSonoReactor MSR-4 pour la sonication à haut débit de l'hydrure de magnésium

Hydrolyse ultrasonique de l'hydrure de magnésium

Hiroi et al. (2011) ont démontré que la sonication des nanoparticules et des nanofibres de MgH2 intensifiait la réaction d'hydrolyse MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ. Dans cette étude, les nanofibres de MgH2 ont présenté une capacité de stockage d'hydrogène maximale de 14,4 % à température ambiante. En outre, les chercheurs ont démontré qu'une combinaison de sonication et d'hydrolyse du MgH2 est considérablement efficace pour générer efficacement de l'hydrogène sans chauffage ni ajout d'agent chimique. Ils ont également constaté que les ultrasons à basse fréquence étaient la méthode la plus efficace pour obtenir un taux de conversion élevé. Le taux d'hydrolyse par sonication à basse fréquence "a atteint 76 % en termes de degré de réaction à 7,2 ks à une fréquence ultrasonique de 28 kHz. Cette valeur était plus de 15 fois supérieure à celle obtenue dans le cas de l'échantillon non sonifié, ce qui indique une densité d'hydrogène équivalente de 11,6 % en masse sur la base du poids de MgH2".
Les résultats ont révélé que les ultrasons améliorent la réaction d'hydrolyse du MgH2 en augmentant la constante de la vitesse de réaction due à la génération de radicaux et en exfoliant la couche passive de Mg(OH)2 par rapport au MgH2 n'ayant pas réagi en raison de la génération de forces de cisaillement importantes. (Hiroi et al. 2011)

Problème : Hydrolyse lente de l'hydrure de magnésium

La promotion de l'hydrolyse de l'hydrure de magnésium par broyage à billes, traitement à l'eau chaude ou additifs chimiques a été étudiée, mais n'a pas permis d'améliorer le taux de conversion chimique de manière significative. En ce qui concerne l'ajout de produits chimiques, les additifs chimiques, tels que les agents tampons, les chélateurs et les échangeurs d'ions, qui ont contribué à empêcher la formation d'une couche passivante de Mg(OH)2, ont produit des impuretés dans le processus de cyclage post-Mg.

Solution : Dispersion ultrasonique de l'hydrure de magnésium

La dispersion ultrasonique et le broyage humide sont des techniques très efficaces pour produire des particules et des cristaux de taille nanométrique avec une courbe de distribution très étroite. En dispersant uniformément l'hydrure de magnésium à l'échelle nanométrique, la surface active s'agrandit considérablement. En outre, la sonication élimine les couches passivantes et augmente le transfert de masse pour des taux de conversion chimique supérieurs. Le broyage, la dispersion, la désagglomération et le nettoyage de la surface des particules par ultrasons excellent les autres techniques de broyage en termes d'efficacité, de fiabilité et de simplicité.

L'ultrasoniseur UIP1000hdT est un puissant disperseur pour une production de taille moyenne.

Sonicator UIP1000hdT pour le traitement continu en ligne de l'hydrure de magnésium

Le broyage et la dispersion par ultrasons sont des méthodes très efficaces pour réduire la taille des particules, par exemple l'hydrure de magnésium.

Le broyage et la dispersion par voie humide par ultrasons est une méthode très efficace pour réduire la taille des particules, par exemple de l'hydrure de magnésium

Hydrure de magnésium nanostructuré pour un meilleur stockage de l'hydrogène

La nanostructuration des hydrures de magnésium a été scientifiquement prouvée comme étant une stratégie efficace permettant d'améliorer simultanément les propriétés thermodynamiques et cinétiques d'ab/désorption du MgH2. Les structures nanométriques/nano-structurées à base de magnésium, telles que les nanoparticules et les nanofibres de MgH2, peuvent être encore améliorées en réduisant la taille des particules et des grains, diminuant ainsi leur enthalpie de formation d'hydrure ΔH. Les calculs ont révélé que la barrière de réaction pour la décomposition du MgH2 nanométrique était remarquablement plus faible que celle du MgH2 en vrac, ce qui indique que l'ingénierie de la nanostructure du MgH2 est thermodynamiquement et cinétiquement favorable à l'amélioration des performances. (cf. Ren et al., 2023)

L'hydrure de magnésium nanostructuré par ultrasons offre un meilleur équilibre énergétique pour l'absorption et la désorption de l'hydrogène du MgH2 en vrac

Comparaison des barrières énergétiques pour l'absorption et la désorption de l'hydrogène du MgH2 en vrac et du MgH2 ultrafin nanostructuré.
(étude et graphique : ©Zhang et al., 2020)

Nanocomposition et nanostructuration par ultrasons de l'hydrure de magnésium

L'équipe de recherche du Dr. Andreeva a étudié les effets bénéfiques de la sonication sur la nanostructuration de métaux et de minéraux tels que le magnésium.La nanostructuration par ultrasons est une technique très efficace qui permet de modifier la thermodynamique de l'hydrure de magnésium sans affecter la capacité de l'hydrogène. Les nanoparticules ultrafines de MgH2 présentent une capacité de désorption de l'hydrogène nettement améliorée. La nanostructuration de l'hydrure de magnésium permet de réduire considérablement la température d'ab-désorption de l'hydrogène et d'augmenter le taux de ré-déshydrogénation du MgH2, grâce à l'introduction de défauts, au raccourcissement des chemins de diffusion de l'hydrogène, à l'augmentation des sites de nucléation et à la déstabilisation de la liaison Mg-H.
Un simple traitement sonochimique permet de former des hydrures de faible énergie, en particulier dans le cas du traitement des particules de magnésium. Par exemple, Baidukova et al. (2026) ont démontré la possibilité de former des hydrures de faible énergie dans une matrice poreuse d'hydroxyde de magnésium-magnésium au moyen d'un traitement sonochimique de particules de magnésium dans des suspensions aqueuses.

Nanohydrure de magnésium synthétisé par voie sonochimique pour un stockage efficace de l'hydrogène

Des nanoparticules d'hydrure de magnésium préparées par ultrasons permettent la réversibilité à température ambiante du stockage réversible de l'hydrogène à 6,7 % en poids
L'utilisation d'hydrures de métaux légers comme vecteurs de stockage de l'hydrogène est une approche prometteuse pour un stockage sûr et efficace de l'hydrogène. Un hydrure métallique particulier, l'hydrure de magnésium (MgH2), a suscité un grand intérêt en raison de sa forte teneur en hydrogène et de l'abondance du magnésium dans la nature. Cependant, le MgH2 en vrac présente l'inconvénient d'être stable et de ne libérer de l'hydrogène qu'à des températures très élevées, supérieures à 300 °C. Il n'est donc pas pratique et inefficace pour la production d'hydrogène. Cela n'est pas pratique et inefficace pour les applications liées au stockage de l'hydrogène.
Zhang et al. (2020) ont étudié la possibilité d'un stockage réversible de l'hydrogène à température ambiante en créant des nanoparticules ultrafines de MgH2. Ils ont utilisé la sonication pour initier un processus de métathèse, qui est en fait un processus de double décomposition. La sonication a été appliquée à une boue composée de liquide et de solides dans le but de créer des nanoparticules. Ces nanoparticules, sans structures d'échafaudage supplémentaires, ont été produites avec succès avec des tailles prédominantes autour de 4-5 nm. Pour ces nanoparticules, l'équipe a mesuré une capacité de stockage d'hydrogène réversible de 6,7 % en poids à 30 °C, une performance significative qui n'avait jamais été démontrée auparavant. Cela a été rendu possible par une déstabilisation thermodynamique et des barrières cinétiques réduites. Les nanoparticules nues ont également présenté un comportement stable et rapide de cyclage de l'hydrogène pendant 50 cycles à 150°C, une amélioration notable par rapport au MgH2 en vrac. Ces résultats présentent la sonication comme un traitement potentiel conduisant à une plus grande efficacité du MgH2 pour le stockage de l'hydrogène.
(cf. Zhang et al. 2020)

Les particules d'hydrure de magnésium dispersées par ultrasons présentent une distribution de taille nanométrique. Le MgH2 nanométrique présente de meilleures propriétés de stockage de l'hydrogène.

Distribution de la taille des particules de MgH2 ultrafin préparé après sonication.
(étude et graphique : ©Zhang et al., 2020)

Traitement ultrasonique à l'hydrure de magnésium

  • réaction plus rapide
  • Taux de conversion plus élevé
  • MgH2 nanostructuré
  • Suppression des couches de passivation
  • Réaction plus complète
  • augmentation de transfert de masse
  • Les rendements plus élevés
  • Amélioration de la sorption de l'hydrogène
Cellule d'écoulement ultrasonique pour le broyage en ligne et la nanotechnologie de l'hydrure de magnésium. Le MgH2 nanométrique présente des capacités de stockage d'hydrogène améliorées.

Réacteur ultrasonique en verre pour la nanostructuration en ligne de boues de MgH2

 

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Ultrasons haute performance pour le traitement de l'hydrure de magnésium

sonochimie – l'application des ultrasons de puissance aux réactions chimiques – est une technologie de traitement fiable qui facilite et accélère les synthèses, les réactions catalytiques et autres réactions hétérogènes. Le portefeuille de Hielscher Ultrasonics couvre toute la gamme, des ultrasons de laboratoire compacts aux systèmes sonochimiques industriels pour toutes sortes d'applications chimiques telles que l'hydrolyse de l'hydrure de magnésium et son nano-broyage / nano-structuration. Cela nous permet, chez Hielscher, de vous proposer l'ultrasoniseur le mieux adapté au procédé MgH2 que vous envisagez. Notre personnel expérimenté vous assistera depuis les tests de faisabilité et l'optimisation du processus jusqu'à l'installation de votre système à ultrasons au niveau de la production finale.
Le faible encombrement de nos homogénéisateurs à ultrasons ainsi que leur polyvalence en termes d'options d'installation leur permettent de s'intégrer même dans des installations de traitement de petite taille. Les processeurs à ultrasons sont installés dans le monde entier dans des installations de chimie fine, de pétrochimie et de production de nanomatériaux.

Par lots et en ligne

Les équipements sonochimiques Hielscher peuvent être utilisés pour le traitement par lots et en continu. Le traitement ultrasonique par lots est idéal pour les tests de processus, l'optimisation et la production de petites et moyennes quantités. Pour la production de gros volumes de matériaux, le traitement en ligne peut s'avérer plus avantageux. Un processus de mélange continu en ligne nécessite une installation sophistiquée. – qui consiste en une pompe, des tuyaux ou des conduites et des réservoirs -, mais il est très efficace, rapide et nécessite beaucoup moins de main-d'œuvre. Hielscher Ultrasons dispose de l'installation sonochimique la mieux adaptée à votre réaction de sono-synthèse, au volume de traitement et aux objectifs.

Sondes et réacteurs ultrasoniques pour l'hydrolyse du MgH2 à toute échelle

Cellule de mesure UIP4000hdT pour la sonication en ligne à l'échelle industrielleLa gamme de produits Hielscher Ultrasons couvre tout l'éventail des processeurs ultrasoniques, depuis les ultrasonores compacts de laboratoire jusqu'aux processeurs ultrasoniques industriels capables de traiter des charges de camion à l'heure, en passant par les systèmes de table et les systèmes pilotes. La gamme complète de produits nous permet de vous proposer l'homogénéisateur à ultrasons le mieux adapté à votre capacité de traitement et à vos objectifs de production.
Les systèmes ultrasoniques de table sont idéaux pour les essais de faisabilité et l'optimisation des processus. La mise à l'échelle linéaire basée sur des paramètres de processus établis permet d'augmenter très facilement les capacités de traitement, depuis les petits lots jusqu'à la production entièrement commerciale. La mise à l'échelle peut se faire soit en installant une unité ultrasonore plus puissante, soit en regroupant plusieurs ultrasonores en parallèle. Avec l'UIP16000, Hielscher propose l'homogénéisateur à ultrasons le plus puissant au monde.

Des amplitudes précisément contrôlables pour des résultats optimaux

Tous les ultrasonateurs Hielscher sont contrôlables avec précision et donc des chevaux de travail fiables en production. L'amplitude est l'un des paramètres de processus cruciaux qui influencent l'efficacité et l'efficience des réactions sonochimiques Les processeurs industriels Hielscher de la série hdT peuvent être utilisés de manière confortable et conviviale par le biais d'une télécommande à navigateur. Tous les processeurs Hielscher Ultrasonics permettent un réglage précis de l'amplitude. Les sonotrodes et les amplificateurs sont des accessoires qui permettent de modifier l'amplitude dans une plage encore plus large. Les processeurs ultrasoniques industriels Hielscher peuvent délivrer des amplitudes très élevées et fournir l'intensité ultrasonique requise pour des applications exigeantes. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement exploitées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
Des réglages d'amplitude précis et le contrôle permanent des paramètres du processus ultrasonore par un logiciel intelligent vous donnent la possibilité de traiter vos réactifs avec les conditions ultrasonores les plus efficaces. Une sonication optimale pour un taux de conversion chimique exceptionnel !
La robustesse des appareils à ultrasons Hielscher leur permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles et dans des environnements exigeants. Cela fait de l'équipement à ultrasons de Hielscher un outil de travail fiable qui répond aux exigences de vos processus chimiques.

La plus haute qualité – Conçu et fabriqué en Allemagne

En tant qu'entreprise familiale, Hielscher accorde la priorité aux normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les appareils à ultrasons sont conçus, fabriqués et testés minutieusement dans notre siège social de Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité des appareils à ultrasons Hielscher en font des outils de travail pour votre production. Le fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des mélangeurs haute performance de Hielscher.
Les processeurs ultrasoniques industriels de Hielscher Ultrasonics peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement exploitées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:

lot VolumeDébitAppareils recommandés
1 à 500 ml10 à 200 ml / minUP100H
10 à 2000mL20 à 400 ml / minUP200Ht, UP400St
0.1 20L00,2 à 4L / minUIP2000hdT
10 à 100l2 à 10 L / minUIP4000hdT
15 à 150L3 à 15L/minUIP6000hdT
n / a.10 à 100 litres / minUIP16000
n / a.plus grandgroupe de UIP16000

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Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous pour demander des informations supplémentaires sur les processeurs à ultrasons, les applications et le prix. Nous serons heureux de discuter avec vous de votre processus et de vous proposer un système à ultrasons répondant à vos besoins !









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Les homogénéisateurs ultrasoniques à haut cisaillement sont utilisés en laboratoire, sur table, dans le cadre de projets pilotes et dans l'industrie.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques à haute performance pour des applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.

Littérature / Références



Qu'il faut savoir

Avantages de l'hydrure de magnésium pour le stockage de l'hydrogène

  • Une gravimétrie idéale et équilibrée
  • Densité énergétique volumétrique supérieure
  • peu coûteux
  • Abondamment disponible
  • Facile à manipuler (même dans l'air)
  • Réaction directe possible avec l'eau
  • La cinétique de réaction peut être adaptée à des applications spécifiques
  • High réaction et sécurité des produits
  • Non toxique et sans danger
  • respectueux de l'environnement

Qu'est-ce que l'hydrure de magnésium ?

Hydrure de magnésium (MgH2Le dihydride de magnésium a une structure tétragonale et se présente sous la forme d'un cristal cubique incolore ou d'une poudre blanc cassé. Il est utilisé comme source d'hydrogène pour les piles à combustible de moins de 10 000 W. La quantité d'hydrogène libérée par l'eau est supérieure à 14,8 % en poids, ce qui est nettement supérieur à la quantité d'hydrogène libérée par un réservoir de stockage d'hydrogène gazeux à haute pression (70MPa, ~5,5 % en poids) et par des matériaux de stockage d'hydrogène de métaux lourds (<2wt%). En outre, l'hydrure de magnésium est sûr et très efficace, ce qui en fait une technologie prometteuse pour un stockage efficace de l'hydrogène. L'hydrolyse de l'hydrure de magnésium est utilisée comme système d'alimentation en hydrogène dans les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), ce qui améliore considérablement la densité énergétique du système. Des systèmes de piles à combustible Mg-H solides ou semi-solides à haute densité énergétique sont également en cours de développement. Leur avantage prometteur est une densité énergétique 3 à 5 fois supérieure à celle des batteries lithium-ion.
Synonymes : Dihydrure de magnésium, hydrure de magnésium (qualité stockage d'hydrogène)
Utilisé comme matériau pour le stockage de l'hydrogène
Formule moléculaire : MgH2
Poids moléculaire : 26,32 Densité : 1,45g/mL
Point de fusion :>250℃
Solubilité : insoluble dans une solution organique normale


Hielscher Ultrasonics fournit des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance, du laboratoire à la taille industrielle.

Des ultrasons de haute performance ! La gamme de produits Hielscher couvre l'ensemble du spectre, depuis les ultrasons compacts de laboratoire jusqu'aux systèmes ultrasoniques industriels complets, en passant par les unités de paillasse.

 

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