Magnesiumhydrid i nanostorlek som effektiv vätgaslagring

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.

Magnesiumhydrid för vätgaslagring

Magnesiumhydrid kan synteteras effektivt och billigt via ultraljudshydrolysMagnesiumhydrid, 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 has the highest hydrogen storage densities with up to 7.6 wt %. Hydrogen can be stored in Mg in the form of Mg-based metal hydrides. The process of MgH2 synthesis is known as dissociative chemisorption. A common method to produce Mg-based metal hydride from Mg and H2, is the formation at a temperature of 300–400°C and a hydrogen pressure of 2.4–40 MPa. The formation equation goes as following: 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.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


MultiSonoReactor MSR-4 för stor genomströmning ultraljudsbehandling av magnesiumhydrid

MultiSonoReactor MSR-4 för stor genomströmning ultraljudsbehandling av magnesiumhydrid

Ultraljud hydrolys av Magnesium Hydride

Hiroi et al. (2011) demonstrated that sonication of MgH2 nano-particles and nanofibres intensified the hydrolysis reaction MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ. In this study, the MgH2 nanofibers exhibited the maximum hydrogen storage capacity of 14.4 mass% at room temperature. Additionally, the researchers demonstrated that a combination of sonication and MgH2 hydrolysis is considerably effective for efficiently generating hydrogen without heating and adding any chemical agent. They also found that low frequency ultrasound was the most efficient method in order to obtain a high conversion rate. The hydrolysis rate at low frequency sonication “reached as high as 76% in terms of the reaction degree at 7.2 ks at an ultrasonic frequency of 28 kHz. This value was more than 15 times the value obtained in the case of the non-sonicated sample, indicating an equivalent hydrogen density of 11.6 mass% on the basis of the weight of MgH2.”
Resultaten visade att ultraljud kommer att förstärka hydrolys reaktion mgH2 genom att öka reaktionshastighet konstant på grund av att generering av radikala och exfolierande det passiva lagret av Mg(OH)2 över den oreagerade MgH2 på grund av att generering av stora skjuvning krafter. (Hiroi et al. 2011)

Problem: Långsam hydrolys av MagnesiumHydride

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.

Lösning: Ultraljud Dispersing av Magnesium Hydride

Ultraljud spridning och våt-fräsning är en mycket effektiv teknik för att producera nano-storlek partiklar och kristaller med en mycket smal fördelning kurva. Genom att magnesiumhydriden sprids jämnt i nano-storlek blir den aktiva ytan betydligt förstorad. Vidare, sonication tar bort passiveating lager och ökar massöverföring för överlägsen kemiska omräkningskurser. Ultraljud fräsning, dispergering, deagglomeration och partikel ytrengöring excel andra fräsning tekniker i effektivitet, tillförlitlighet och enkelhet.

Ultraljud UIP1000hdT är en kraftfull disperser för medelstora produktionsskala.

Sonicator UIP1000hdT för kontinuerlig inline-bearbetning av magnesiumhydrid

Ultraljudsfräsning och spridning är en mycket effektiv metod för partikelstorleksminskning, t.ex. magnesiumhydrid

Ultraljud våt-fräsning och spridning är en mycket effektiv metod för partikelstorlek minskning, t ex av magnesiumhydrid

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

Ultrasonically prepared magnesium hydride nanoparticles achieve ambient-temperature reversibility of 6.7 wt% reversible storage of hydrogen
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.
Zhang et al. (2020) investigated the possibility of reversible hydrogen storage at ambient temperature by creating ultrafine nanoparticles of MgH2. They used sonication in order to initiate a metathesis process, which is effectively a double decomposition process. Sonication was applied to a slurry consisting in liquid and solids with the purpose to create nanoparticles. These nanoparticles, without any additional scaffold structures, were successfully produced with sizes predominantly around 4-5 nm. For these nanoparticles, the y measured a reversible hydrogen storage capacity of 6.7 wt% at 30°C , a significant achievement that has not been demonstrated before. This was made possible by thermodynamic destabilization and reduced kinetic barriers. The bare nanoparticles also exhibited stable and rapid hydrogen cycling behavior during 50 cycles at 150°C, a notable improvement compared to bulk MgH2. These findings presents sonication as potential treatment leading to higher efficiency of MgH2 for hydrogen storage.
(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

  • Snabbare reaktion
  • Högre konverteringsfrekvens
  • Nanostrukturerad MgH2
  • Borttagning av passiveating lager
  • Mer komplett reaktion
  • ökad Mass överföring
  • Högre avkastning
  • Förbättrad väte 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

 

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


High-Performance Ultrasonicators for Magnesium Hydride Treatment

sonochemistry – tillämpningen av makt ultraljud till kemiska reaktioner – är en pålitlig bearbetningsteknik som underlättar och påskyndar synteser, katalytiska reaktioner och andra hetergena reaktioner. Hielscher Ultrasonics portfölj täcker hela skalan från kompakta lab ultrasonicators till industriella sonochemical system för alla typer av kemiska tillämpningar såsom hydrolys av magnesiumhydrid och dess nano-fräsning / nano-strukturering. Detta gör att vi på Hielscher kan erbjuda dig den mest lämpliga ultraljudsapparaten för din planerade MgH2-process. Vår erfarna personal hjälper dig från genomförbarhetstester och processoptimering till installationen av ditt ultraljudssystem på slutproduktionsnivå.
Den lilla fot-print av våra ultraljud homogenisatorer samt deras mångsidighet i installationsalternativ gör dem passar även i små utrymmen bearbetningsanläggningar. Ultraljud processorer är installerade över hela världen i fin kemi, petro-kemi, och nano-material produktionsanläggningar.

Batch och Infogad

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 setup – består i en pump, slangar eller rör och tankar -, men det är mycket effektiv, snabb och kräver betydligt mindre arbetskraft. Hielscher Ultrasonics har den mest lämpliga sonochemical setup för din sono-syntes reaktion, bearbetning volym och mål.

Ultraljud Sonder och reaktorer för MgH2 Hydrolys i valfri skala

UIP4000hdT flöde cell för inline ultraljudsbehandling på industriell skalaHielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spektrumet av ultraljud processorer från kompakta lab ultrasonicators över bänk-top och pilotsystem till helt-industriella ultraljud processorer med kapacitet att bearbeta truckloads per timme. Det fullständiga produktsortimentet gör att vi kan erbjuda dig den mest lämpliga ultraljudshomogenisator för din processkapacitet och produktionsmål.
Ultraljud benchtop system är idealiska för genomförbarhetstest och processoptimering. Linjär uppskalning baserad på etablerade processparametrar gör det mycket enkelt att öka bearbetningskapaciteten från mindre partier till helt kommersiell produktion. Uppskalning kan göras genom att antingen installera en mer kraftfull ultraljudsenhet eller klustring flera ultrasonicators parallellt. Med UIP16000 erbjuder Hielscher den mest kraftfulla ultraljudshomogeniseraren världen över.

Exakt kontrollerbara amplituder för optimala resultat

Alla Hielscher ultrasonicators är exakt kontrollerbara och därigenom pålitliga arbetshästar i produktion. Amplituden är en av de avgörande processparametrar som påverkar effektiviteten och effektiviteten hos sonochemical reaktioner 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.
Exakta amplitudinställningar och den permanenta övervakningen av ultraljudsprocessparametrarna via smart programvara ger dig möjligheten att behandla dina reagants med de mest effektiva ultraljudsförhållandena. Optimal ultraljudsbehandling för en enastående kemisk omvandlingsfrekvens!
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.

Högsta kvalitet – Designad och Tillverkad i Tyskland

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 industriella ultraljud processorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder, anpassade ultraljud sonotrodes finns tillgängliga.

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:

batch Volym Flödeshastighet Rekommenderade Devices
1 till 500 ml 10 till 200 ml / min UP100H
10 till 2000 ml 20 till 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L / min UIP2000hdT
10 till 100 liter 2 till 10 1 / min UIP4000hdT
15 till 150L 3 till 15 liter/min UIP6000hdT
n.a. 10 till 100 l / min UIP16000
n.a. större kluster av UIP16000

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudprocessorer, applikationer och pris. Vi kommer gärna att diskutera din process med dig och att erbjuda dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera att våra Integritetspolicy.


Ultraljud hög skjuvning homogenisatorer används i labb, bänk-top, pilot och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandning av applikationer, spridning, emulgering och utvinning på labb, pilot och industriell skala.

Litteratur / Referenser



Fakta Värt att veta

Fördelar med Magnensium Hydride för vätelagring

  • Idealisk, balanserad gravimetrisk
  • Superior volumetric energy density
  • billig
  • Abundantly available
  • Easy to handle (even in air)
  • Direct reaction with water is possible
  • Reaktionskinetik kan skräddarsys för specifika tillämpningar
  • Hög reaktion och produktsäkerhet
  • 
Non-toxic and safe-to-use
  • miljövänlig

Vad är Magnesium Hydride?

Magnesiumhydrid (MgH2; även känd som magnesiumdihydrid) har en tetragonal struktur och uppvisar formen av en färglös kubikkristall eller off-white pulver. Det används som en hdyrogen källa för bränslebatterier under 10.000W. Vätgasmängden som frigörs med vatten är högre än 14.8wt%, vilket är betydligt högre än den vätgasmängd som frigörs via en högtrycksgasvätgaslagringstank (70MPa,~5.5wt%) och material för tungmetallvätgaslagring (<2wt%). Furthermore, magnesium hydride is safe and highly efficient, which turns it into a promising technology for efficacious hydrogen storage. Hydrolysis of magnesium hydride is used as supply hydrogen system in proton-exchange membrane fuel cells (PEMFC), which improve energy density of the system significantly. Solid / semi-solid Mg-H fuel battery systems with high-energy density are also in development. Their promising advantage is an energy density 3-5 times higher than that of lithium-ion batteries.
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°C
Löslighet: olöslig i normal organisk lösning


Hielscher Ultrasonics levererar högpresterande ultraljud homogenisatorer från labb till industriell storlek.

Högpresterande ultraljud! Hielscher produktsortiment täcker hela spektrumet från den kompakta lab ultrasonicator över bänk-top enheter till fullindustriella ultraljud system.

 

Vi diskuterar gärna din process.

Låt oss komma i kontakt.