Hielscher Ultrasonics
Z przyjemnością omówimy Twój proces.
Zadzwoń do nas: +49 3328 437-420
Napisz do nas: info@hielscher.com

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 niedrogo syntetyzowany za pomocą hydrolizy ultradźwiękowejWodorek 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







MultiSonoReactor MSR-4 do sonikacji wodorku magnezu o dużej przepustowości

MultiSonoReactor MSR-4 do sonikacji wodorku magnezu o dużej przepustowości

Hydroliza ultradźwiękowa 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 wykazały, że ultradźwięki wzmocnią reakcję hydrolizy MgH2 poprzez zwiększenie stałej szybkości reakcji z powodu generowania rodnika i złuszczania pasywnej warstwy Mg (OH) 2 nad nieprzereagowanym MgH2 z powodu generowania 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 wydajną techniką wytwarzania nanocząstek i kryształów o bardzo wąskiej krzywej dystrybucji. Poprzez równomierne rozproszenie wodorku magnezu w nanorozmiarach, powierzchnia aktywna ulega znacznemu zwiększeniu. Ponadto, sonikacja usuwa warstwy pasywujące i zwiększa transfer masy w celu uzyskania lepszych współczynników konwersji chemicznej. Frezowanie ultradźwiękowe, dyspergowanie, deaglomeracja i czyszczenie powierzchni cząstek przewyższają inne techniki frezowania pod względem wydajności, niezawodności i prostoty.

Ultrasonicator UIP1000hdT to potężny dyspergator do średniej wielkości produkcji.

Sonicator UIP1000hdT do ciągłego przetwarzania wodorku magnezu na linii produkcyjnej

Ultradźwiękowe mielenie i dyspergowanie jest wysoce wydajną metodą redukcji wielkości cząstek, np. wodorku magnezu.

Ultradźwiękowe mielenie na mokro i dyspergowanie jest wysoce wydajną 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 pasywujących
  • Pełniejsza reakcja
  • Zwiększony transfer masy
  • Wyższe zyski
  • 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







Wysokowydajne ultradźwięki do obróbki wodorkiem magnezu

przyspieszenie reakcji chemycznych (sonochemia). – zastosowanie ultradźwięków 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 długoletni doświadczony personel pomoże Ci od testów wykonalności i optymalizacji procesu do instalacji systemu ultradźwiękowego na końcowym poziomie produkcji.
Niewielkie rozmiary naszych homogenizatorów ultradźwiękowych, a także ich wszechstronność w zakresie opcji instalacji sprawiają, że pasują one nawet do niewielkich zakładów przetwórczych. Procesory ultradźwiękowe są instalowane na całym świecie w zakładach chemii precyzyjnej, petrochemii i produkcji nanomateriałów.

wsadowe 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 – składający się z pompy, węży lub rur i zbiorników - ale jest bardzo wydajny, szybki i wymaga znacznie mniej pracy. Hielscher Ultrasonics ma najbardziej odpowiednią konfigurację sonochemiczną dla reakcji sonosyntezy, objętości przetwarzania i celów.

Sondy ultradźwiękowe i reaktory do hydrolizy MgH2 w dowolnej skali

Komora przepływowa UIP4000hdT do sonikacji inline na skalę przemysłowąAsortyment produktów Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, od kompaktowych ultrasonografów laboratoryjnych, przez systemy stacjonarne i pilotażowe, po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności przetwarzania ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować najbardziej odpowiedni homogenizator ultradźwiękowy dla wydajności procesu i celów produkcyjnych.
Ultradźwiękowe systemy stacjonarne są idealne do testowania wykonalności i optymalizacji procesów. Liniowe skalowanie w oparciu o ustalone parametry procesu bardzo ułatwia zwiększenie zdolności przetwarzania z mniejszych partii do w pełni komercyjnej produkcji. Skalowanie w górę można wykonać, instalując mocniejszą jednostkę ultradźwiękową lub grupując równolegle kilka ultrasonicatorów. Dzięki UIP16000 firma Hielscher oferuje najpotężniejszy homogenizator ultradźwiękowy na świecie.

Precyzyjnie kontrolowane amplitudy dla optymalnych wyników

Wszystkie ultradźwięki Hielscher są precyzyjnie sterowane, a tym samym niezawodne w produkcji. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu, które wpływają na wydajność i skuteczność 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 stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania dają możliwość leczenia odczynników w najbardziej efektywnych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna sonikacja dla wyjątkowego współczynnika konwersji 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 – Zaprojektowany i wyprodukowany 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 przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

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 150 l 3 do 15 l/min UIP6000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Skorzystaj z poniższego formularza, aby uzyskać dodatkowe informacje na temat procesorów ultradźwiękowych, aplikacji i ceny. Z przyjemnością omówimy z Tobą Twój proces i zaoferujemy Ci system ultradźwiękowy spełniający Twoje wymagania!









Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.




Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w procesach laboratoryjnych, laboratoryjnych, pilotażowych i przemysłowych.

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

Literatura / Referencje



Fakty, które warto znać

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

Czym jest wodorek magnezu?

Wodorek magnezu (MgH2(znany również jako dwuwodzian magnezu) ma strukturę tetragonalną i występuje w postaci bezbarwnego sześciennego kryształu lub białawego proszku. Jest on stosowany jako źródło wodoru w bateriach paliwowych o mocy poniżej 10 000 W. Ilość wodoru uwalnianego przez wodę jest wyższa niż 14,8% wagowych, co znacznie przewyższa ilość wodoru uwalnianego przez wysokociśnieniowy gazowy zbiornik wodoru (70 MPa, ~5,5% wagowych) 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! Asortyment produktów Hielscher obejmuje pełne spektrum od kompaktowego ultrasonografu laboratoryjnego przez urządzenia stołowe po w pełni przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

 

Z przyjemnością omówimy Twój proces.

Let's get in contact.