Nanorozmiarowy wodorek magnezu jako wydajny magazyn wodoru

Sonikacja jest stosowana do wodorku magnezu w celu przyspieszenia hydrolizy wodorku magnezu w celu zwiększenia wytwarzania wodoru. Dodatkowo, ultradźwiękowo nanostrukturalny wodorek magnezu, tj. nanocząstki MgH2, wykazują lepszą zdolność magazynowania wodoru.

Wodorek magnezu do przechowywania wodoru

Wodorek magnezu może być wydajnie i tanio syntetyzowany poprzez hydrolizę ultradźwiękowąWodorek magnezu, MgH2zwrócił na siebie uwagę jako opcja do przechowywania wodoru. Jego głównymi zaletami są obfite zasoby, wysoka wydajność, niewielka waga, niski koszt i bezpieczeństwo. W porównaniu do innych wodorków nadających się do magazynowania wodoru, MgH2 ma najwyższą gęstość magazynowania wodoru do 7,6% wag. Wodór może być przechowywany w Mg w postaci wodorków metali na bazie Mg. Proces syntezy MgH2 jest znany jako chemisorpcja dysocjacyjna. Powszechną metodą wytwarzania wodorków metali na bazie Mg z Mg i H2 jest formowanie w temperaturze 300-400°C i ciśnieniu wodoru 2,4-40 MPa. Równanie tworzenia wygląda następująco: Mg + H2 ⇌ MgH2
Wysoka obróbka cieplna wiąże się ze znacznymi efektami degradacji wodorków, takimi jak rekrystalizacja, segregacja faz, aglomeracja nanocząstek itp. Ponadto wysokie temperatury i ciśnienia sprawiają, że tworzenie MgH2 jest energochłonne, złożone, a tym samym kosztowne.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


MultiSonoReactor MSR-4 do sonikacji wodorku magnezu o dużej przepustowości

MultiSonoReactor MSR-4 do sonikacji wodorku magnezu o dużej przepustowości

Ultradźwiękowa hydroliza wodorku magnezu

Hiroi et al. (2011) wykazali, że sonikacja nanocząstek i nanowłókien MgH2 zintensyfikowała reakcję hydrolizy MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ. W tym badaniu nanowłókna MgH2 wykazywały maksymalną zdolność magazynowania wodoru wynoszącą 14,4% masowych w temperaturze pokojowej. Ponadto naukowcy wykazali, że połączenie sonikacji i hydrolizy MgH2 jest znacznie skuteczne w wydajnym wytwarzaniu wodoru bez ogrzewania i dodawania jakichkolwiek środków chemicznych. Stwierdzili również, że ultradźwięki o niskiej częstotliwości były najbardziej skuteczną metodą w celu uzyskania wysokiego współczynnika konwersji. Szybkość hydrolizy przy sonikacji o niskiej częstotliwości "osiągnęła aż 76% pod względem stopnia reakcji przy 7,2 ks przy częstotliwości ultradźwiękowej 28 kHz. Wartość ta była ponad 15 razy większa od wartości uzyskanej w przypadku próbki nie poddanej sonikacji, co wskazuje na równoważną gęstość wodoru wynoszącą 11,6% masowych na podstawie masy MgH2".
Wyniki badań wykazały, że ultradźwięki wzmacniają reakcję hydrolizy MgH2 poprzez zwiększenie stałej szybkości reakcji w wyniku generacji rodnika oraz złuszczanie pasywnej warstwy Mg(OH)2 nad nieprzereagowanym MgH2 w wyniku generacji dużych sił ścinających. (Hiroi et al. 2011)

Problem: powolna hydroliza wodorku magnezu

Badano wspomaganie hydrolizy wodorku magnezu poprzez mielenie kulowe, uzdatnianie gorącej wody lub dodatki chemiczne, ale nie stwierdzono, aby zwiększały one szybkość konwersji chemicznej w znaczący sposób. Jeśli chodzi o dodawanie chemikaliów, dodatki chemiczne, takie jak środki buforujące, chelatory i wymieniacze jonowe, które pomogły zapobiec tworzeniu się pasywującej warstwy Mg(OH)2, powodowały powstawanie zanieczyszczeń w procesie po cyklizacji Mg.

Rozwiązanie: Ultradźwiękowe dyspergowanie wodorku magnezu

Dyspergowanie ultradźwiękowe i mielenie na mokro jest wysoce efektywną techniką wytwarzania nanocząstek i kryształów o bardzo wąskiej krzywej dystrybucji. Dzięki równomiernemu rozproszeniu wodorku magnezu w nano-rozmiarze, powierzchnia czynna ulega znacznemu powiększeniu. Ponadto sonikacja usuwa warstwy pasywacyjne i zwiększa przenoszenie masy, dzięki czemu uzyskuje się lepsze wskaźniki konwersji chemicznej. Ultradźwiękowe mielenie, dyspergowanie, deaglomeracja i czyszczenie powierzchni cząstek przewyższają inne techniki mielenia pod względem wydajności, niezawodności i prostoty.

Ultradźwiękowiec UIP1000hdT jest wydajnym dyspergatorem dla średniej wielkości produkcji.

Sonicator UIP1000hdT do ciągłego przetwarzania w linii produkcyjnej wodorku magnezu

Ultradźwiękowe mielenie i dyspergowanie jest wysoce skuteczną metodą redukcji wielkości cząstek, np. wodorek magnezu

Ultradźwiękowe mielenie na mokro i dyspergowanie jest bardzo skuteczną metodą redukcji wielkości cząstek, np. wodorku magnezu.

Nanostrukturalny wodorek magnezu jako ulepszony magazyn wodoru

Naukowo udowodniono, że nanostrukturyzacja wodorków magnezu jest skuteczną strategią, która pozwala jednocześnie poprawić termodynamiczne i kinetyczne właściwości ab/de-sorpcji MgH2. Nanowymiarowe / nanostrukturalne struktury na bazie magnezu, takie jak nanocząstki MgH2 i nanowłókna, można dodatkowo ulepszyć poprzez zmniejszenie wielkości cząstek i ziaren, zmniejszając w ten sposób entalpię tworzenia wodorków ΔH. Obliczenia wykazały, że bariera reakcji rozkładu MgH2 w nanorozmiarach była znacznie niższa niż w przypadku MgH2 luzem, co wskazuje, że inżynieria nanostrukturalna MgH2 jest termodynamicznie i kinetycznie korzystna dla zwiększenia wydajności. (por. Ren et al., 2023)

Ultradźwiękowo nanostrukturalny wodorek magnezu oferuje lepszy bilans energetyczny dla absorpcji i desorpcji wodoru w masie MgH2

Porównanie barier energetycznych dla absorpcji i desorpcji wodoru przez MgH2 i nanostrukturalny ultradrobny MgH2.
(badanie i wykres: ©Zhang et al., 2020)

Ultradźwiękowy nanosizing i nanostrukturyzacja wodorku magnezu

Zespół badawczy dr Andreeva zbadał korzystny wpływ sonikacji na nanostrukturyzację metali i minerałów, takich jak magnezNanostrukturyzacja ultradźwiękowa jest wysoce skuteczną techniką, która pozwala na zmianę termodynamiki wodorku magnezu bez wpływu na pojemność wodorową. Ultradrobne nanocząstki MgH2 wykazują znacznie lepszą zdolność desorpcji wodoru. Nanorozmiar wodorku magnezu jest sposobem na znaczne obniżenie temperatury ab-/de-sorpcji wodoru i zwiększenie szybkości ponownego/de-uwodornienia MgH2, dzięki wprowadzeniu defektów, skróceniu ścieżek dyfuzji wodoru, zwiększeniu liczby miejsc zarodkowania i destabilizacji wiązania Mg-H.
Prosta obróbka sonochemiczna zapewnia możliwość tworzenia niskoenergetycznych wodorków, szczególnie w przypadku obróbki cząstek magnezu. Na przykład Baidukova i in. (2026) wykazali możliwość tworzenia niskoenergetycznych wodorków w porowatej matrycy wodorotlenku magnezu i magnezu za pomocą sonochemicznej obróbki cząstek magnezu w zawiesinach wodnych.

Syntetyzowany sonochemicznie nanowodorek magnezu do wydajnego magazynowania wodoru

Ultradźwiękowo przygotowane nanocząstki wodorku magnezu osiągają odwracalność odwracalnego magazynowania wodoru w temperaturze otoczenia na poziomie 6,7% wag.
Wykorzystanie wodorków metali lekkich jako nośników wodoru jest obiecującym podejściem do bezpiecznego i wydajnego magazynowania wodoru. Jeden konkretny wodorek metalu, wodorek magnezu (MgH2), zyskał duże zainteresowanie ze względu na wysoką zawartość wodoru i obfitość magnezu w przyrodzie. Jednak MgH2 ma tę wadę, że jest stabilny, uwalniając wodór tylko w bardzo wysokich temperaturach przekraczających 300°C. Jest to niepraktyczne i nieefektywne dla zastosowań związanych z magazynowaniem wodoru.
Zhang et al. (2020) zbadali możliwość odwracalnego magazynowania wodoru w temperaturze otoczenia poprzez tworzenie ultradrobnych nanocząstek MgH2. Zastosowali oni sonikację w celu zainicjowania procesu metatezy, który w rzeczywistości jest procesem podwójnego rozkładu. Sonikację zastosowano do zawiesiny składającej się z cieczy i ciał stałych w celu utworzenia nanocząstek. Nanocząstki te, bez żadnych dodatkowych struktur rusztowania, zostały z powodzeniem wyprodukowane o rozmiarach głównie około 4-5 nm. W przypadku tych nanocząstek zmierzono odwracalną zdolność magazynowania wodoru na poziomie 6,7% mas. w temperaturze 30°C, co jest znaczącym osiągnięciem, którego wcześniej nie wykazano. Było to możliwe dzięki destabilizacji termodynamicznej i zmniejszeniu barier kinetycznych. Nieosłonięte nanocząstki wykazywały również stabilne i szybkie zachowanie wodoru podczas 50 cykli w temperaturze 150°C, co stanowi znaczną poprawę w porównaniu z masowym MgH2. Odkrycia te przedstawiają sonikację jako potencjalną obróbkę prowadzącą do wyższej wydajności MgH2 do magazynowania wodoru.
(por. Zhang et al. 2020)

Ultradźwiękowo zdyspergowane cząstki wodorku magnezu wykazują rozkład nano-rozmiarów. Nanowymiarowy MgH2 wykazuje lepsze właściwości magazynowania wodoru.

Rozkład wielkości cząstek ultradrobnego MgH2 przygotowanego po sonikacji.
(badanie i wykres: ©Zhang et al., 2020)

Ultradźwiękowa obróbka wodorkiem magnezu

  • szybsza reakcja
  • Wyższy współczynnik konwersji
  • Nanostrukturalny MgH2
  • Usuwanie warstw pasywacyjnych
  • Bardziej kompletna reakcja
  • zwiększone przenoszenie masy
  • wyższe plony
  • Ulepszona sorpcja wodoru
Ultradźwiękowa cela przepływowa do frezowania inline i nanosizing wodorku magnezu. Nanowymiarowy MgH2 wykazuje zwiększoną zdolność magazynowania wodoru.

Ultradźwiękowy reaktor szklany do nanostrukturyzacji inline zawiesin MgH2

 

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Wysokowydajne ultradźwięki do obróbki wodorkiem magnezu

przyspieszenie reakcji chemycznych (sonochemia). – zastosowanie ultradźwięków mocy do reakcji chemicznych – to niezawodna technologia przetwarzania, która ułatwia i przyspiesza syntezy, reakcje katalityczne i inne reakcje heterogeniczne. Portfolio Hielscher Ultrasonics obejmuje pełen zakres od kompaktowych ultrasonografów laboratoryjnych po przemysłowe systemy sonochemiczne do wszelkiego rodzaju zastosowań chemicznych, takich jak hydroliza wodorku magnezu i jego nanomielenie / nanostrukturyzacja. To pozwala nam w Hielscher zaoferować najbardziej odpowiedni ultrasonicator dla przewidywanego procesu MgH2. Nasz wieloletni doświadczony personel pomoże Ci od testów wykonalności i optymalizacji procesu do instalacji systemu ultradźwiękowego na końcowym poziomie produkcji.
Niewielkie gabaryty naszych homogenizatorów ultradźwiękowych oraz ich uniwersalność w zakresie opcji instalacyjnych sprawiają, że pasują one nawet do niewielkich instalacji przetwórczych. Procesory ultradźwiękowe są instalowane na całym świecie w zakładach chemii precyzyjnej, petrochemii i produkcji nano-materiałów.

Batch i Inline

Sprzęt sonochemiczny firmy Hielscher może być wykorzystywany do przetwarzania wsadowego i ciągłego. Ultradźwiękowa obróbka wsadowa jest idealna do testowania procesów, optymalizacji i produkcji na małym i średnim poziomie. W przypadku produkcji dużych ilości materiałów, przetwarzanie inline może być bardziej korzystne. Ciągły proces mieszania w linii wymaga zaawansowanej konfiguracji – składające się z pompy, węży lub rur i zbiorników - ale jest wysoce wydajne, szybkie i wymaga znacznie mniejszego nakładu pracy. Firma Hielscher Ultrasonics oferuje najbardziej odpowiednie urządzenia sonochemiczne dla Państwa reakcji syntezy sonicznej, wielkości przetwarzania i celów.

Sondy ultradźwiękowe i reaktory do hydrolizy MgH2 w dowolnej skali

Komora przepływowa UIP4000hdT do sonizacji inline na skalę przemysłowąPaleta produktów firmy Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, od kompaktowych ultradźwiękowców laboratoryjnych, poprzez systemy stołowe i pilotażowe, aż po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności do przetwarzania ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować Państwu najbardziej odpowiedni homogenizator ultradźwiękowy dla Państwa wydajności procesu i celów produkcyjnych.
Ultradźwiękowe systemy stacjonarne są idealne do testowania wykonalności i optymalizacji procesów. Liniowe skalowanie w oparciu o ustalone parametry procesu ułatwia zwiększanie wydajności przetwarzania z mniejszych partii do pełnej produkcji komercyjnej. Zwiększanie skali może odbywać się poprzez instalację mocniejszego urządzenia ultradźwiękowego lub równoległe połączenie kilku ultradźwiękowców. UIP16000 to najmocniejszy homogenizator ultradźwiękowy na świecie.

Precyzyjnie regulowane amplitudy dla uzyskania optymalnych wyników

Wszystkie ultradźwięki firmy Hielscher są precyzyjnie sterowane i tym samym są niezawodnymi końmi roboczymi w produkcji. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu, który wpływa na wydajność i efektywność reakcji sonochemicznych. Procesory przemysłowe Hielscher z serii hdT mogą być wygodnie i przyjaźnie obsługiwane za pomocą pilota zdalnego sterowania w przeglądarce. Wszystkie procesory Hielscher Ultrasonics umożliwiają precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i rogi wzmacniające to akcesoria, które pozwalają modyfikować amplitudę w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy i zapewniać wymaganą intensywność ultradźwięków w wymagających zastosowaniach. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stała kontrola parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania dają Państwu możliwość obróbki odczynników w najbardziej efektywnych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna sonikacja dla doskonałego współczynnika przemiany chemicznej!
Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach. To sprawia, że sprzęt ultradźwiękowy Hielscher jest niezawodnym narzędziem pracy, które spełnia wymagania procesu chemicznego.

Najwyższa jakość – Zaprojektowane i wyprodukowane w Niemczech

Jako firma rodzinna, Hielscher priorytetowo traktuje najwyższe standardy jakości dla swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultradźwięki są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Solidność i niezawodność sprzętu ultradźwiękowego Hielscher sprawiają, że jest to koń roboczy w Twojej produkcji. Praca 24/7 pod pełnym obciążeniem i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą wysokowydajnych mikserów Hielscher.
Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher Ultrasonics mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe.

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
15 do 150L 3 do 15L/min UIP6000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w laboratoriach, na stanowiskach badawczych, w procesach pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.

Literatura / materiały źródłowe



Fakty Warto wiedzieć

Zalety wodorku magnezu do magazynowania wodoru

  • Idealny, zrównoważony grawimetryczny
  • Doskonała gęstość energii objętościowej
  • niedrogi
  • Obficie dostępne
  • Łatwa obsługa (nawet w powietrzu)
  • Możliwa jest bezpośrednia reakcja z wodą
  • Kinetyka reakcji może być dostosowana do konkretnych zastosowań
  • Wysokie bezpieczeństwo reakcji i produktu
  • Nietoksyczny i bezpieczny w użyciu
  • przyjazny dla środowiska

Co to jest wodorek magnezu?

Wodorek magnezu (MgH2Znany również jako diwodzian magnezu) ma strukturę tetragonalną i występuje w postaci bezbarwnego, sześciennego kryształu lub białego proszku. Jest on stosowany jako źródło wodoru w bateriach paliwowych o mocy poniżej 10 000W. Ilość wodoru uwalnianego przez wodę jest większa niż 14,8%, co znacznie przewyższa ilość wodoru uwalnianego przez wysokociśnieniowy gazowy zbiornik wodoru (70MPa, ~5,5wt%) i materiały do przechowywania wodoru z metali ciężkich (<2wt%). Co więcej, wodorek magnezu jest bezpieczny i wysoce wydajny, co czyni go obiecującą technologią efektywnego magazynowania wodoru. Hydroliza wodorku magnezu jest wykorzystywana jako system zasilania wodorem w ogniwach paliwowych z membraną protonowymienną (PEMFC), co znacznie poprawia gęstość energii systemu. Stałe / półstałe systemy akumulatorów paliwowych Mg-H o wysokiej gęstości energii są również w fazie rozwoju. Ich obiecującą zaletą jest gęstość energii 3-5 razy wyższa niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych.
Synonimy: Dwuwodnik magnezu, wodorek magnezu (klasa do przechowywania wodoru)
Używany jako materiał do przechowywania wodoru
Wzór cząsteczkowy: MgH2
Masa cząsteczkowa: 26,32 Gęstość: 1,45 g/ml
Temperatura topnienia:>250℃
Rozpuszczalność: nierozpuszczalny w normalnym roztworze organicznym


Hielscher Ultrasonics dostarcza wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratoryjnych do przemysłowych.

Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Oferta firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum produktów - od kompaktowych ultradźwięków laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po w pełni przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

 

Chętnie porozmawiamy o Państwa procesie.

Skontaktujmy się.