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Energiespeicherung in Metallhydriden

  • Kartonierter Einband
  • 300 Seiten
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Wasserstoff wird als idealer Energietrager betrachtet, der, gebunden im Wasser, in unermeBlichen Mengen zur Verfligung steht. Die ... Weiterlesen
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Beschreibung

Wasserstoff wird als idealer Energietrager betrachtet, der, gebunden im Wasser, in unermeBlichen Mengen zur Verfligung steht. Die Schliisselprobleme liegen in der Bereitstellung ausreichender Mengen Primiirenergie flir die Herstel lung, in der Verteilung und in der Speicherung. Erst wenn Wasserstoff in groBer Menge preisgtinstig zur Verfligung steht, ware Wasserstoff "der Energietriiger der Zukunft". Wasserstoffkonnte auch als Kraftstoff ohne tiefgreifende Anderung der heuti gen Fahrzeugkonzeptionen verwendet werden. Hier ist das Schliisselproblem die sichere Speicherung an Bord. Eine in dieser Hinsicht vorteilhafte Losung ist die chemische Bindung des Wasserstoffs in Form von Metallhydriden. Ein prinzipiel ler Nachteil bleibt das erheblich hohere Gewicht im Vergleich zu Benzin. Die vorliegende Zusammenfassung gibt einen Uberblick tiber den heutigen Stand der Hydridtechnologie und ihre Anwendungsgebiete. Ich wtirde mir wtin schen, daB die Untersuchungen Anregungen auch flir andere Anwendungs gebiete geben und so einen Beitrag leisten, die Energieprobleme der Zukunft zu losen. Prof. Werner Breitschwerdt Vorstandsmitglied der Daimler-Benz AG Forschung und Entwicklung Stuttgart-Untertiirkheim, im November 1982 Es ist nicht genug zu wissen, man muB auch anwenden; es ist nicht genug zu wollen, man muB auch tun. Goethe Vorwort Vor etwa 15 Jahren wurden vom Brookhaven National Laboratory, New York, vom Battelle-Institut, Genf, und vom Philips Research Laboratory, Eindhoven, die ersten Metall-Wasserstoff-Systeme (Hydride) flir den technischen Einsatz entwickelt.

Inhalt

Erster Teil. Grundlagen.- A. Allgemeines.- 1. Einführung in die Frage der Wasserstoffspeicherung.- 1.1 Speicherung in physikaHsch gebundener Form.- 1.1.1 Hochdruckgasbehälter.- 1.1.2 Mikroglaskugeln.- 1.1.3 Flüssigwasserstoff.- 1.2 Speicherung in chemisch gebundener Form.- 1.2.1 Ammoniak.- 1.2.2 Organische Reaktionen.- 1.2.3 Wasser.- 1.2.4 Reversible Metall-Wasserstoff-Reaktionen (Metallhydride).- 2. Grundlagen der reversiblen Metallhydride.- 2.1 Theoretische Grundlagen der Konzentrations-Druck-Isothermen.- 2.2 Technologische Aspekte der Metallhydride.- 2.2.1 Einteilung der Hydride.- 2.2.1.1 Tieftemperaturhydride.- 2.2.1.2 Mitteltemperaturhydride.- 2.2.1.3 Hochtemperaturhydride.- 2.3 Hydride als Wärmespeicher.- 2.4 Einfluß der Kristall- und Elektronenstruktur auf die Hydridbildung.- 2.5 Die Kinetik der Wasserstoffreaktion mit Metallen.- 2.6 Der Einfluß von Fremdgasbeimengungen im Wasserstoff auf die Hydridbildung.- 2.6.1 Aktivierung der Hydridspeicher.- 2.6.2 Einfluß von Verunreinigungen.- 2.6.2.1 Adsorption (Physisorption).- 2.6.2.2 Chemisorption.- 2.6.3 Experimentelle Ergebnisse.- 2.6.4 Verbesserung der selektiven Wasserstoffabsorption.- 2.7 Die Wärmeleitfähigkeit von Hydridspeichern.- 2.7.1 Experimentelle Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von Hydriden.- 2.8 Zyklisierungsstabilität von Hydridspeichern.- 2.9 Sicherheitsaspekte von Hydridspeichern.- 2.10 Herstellung von Hydriden und Hydridbehältern.- B. Experimentelle Ergebnisse.- 2.11 Auswahl und Eigenschaften verschiedener Hydridsysteme.- 2.11.1 Das System Ti-Fe-H.- 2.11.1.1 TiFe-H.- 2.11.1.2 Ti2Fe-H.- 2.11.2 Die Systeme Ti-Fe-Me-H.- 2.11.2.1 Ti-Fe-Mn-H.- 2.11.2.2 Ti-Fe-Zr-H.- 2.11.2.3 Ti-Fe-Cr-H.- 2.11.2.4 Ti-Fe-Al-H.- 2.11.2.5 Tendenzen der Hydrierfähigkeit der Systeme Ti-Fe-Me-H.- 2.11.3 Das System Ti-Ni-H.- 2.11.3.1 TiNi-H.- 2.11.3.2 Ti2Ni-H.- 2.11.3.3 Die Interphasendiffusion des Wasserstoffs im System Ti2Ni/TiNi.- 2.11.4 Das System Ti-Co-H.- 2.11.4.1 TiCo-H.- 2.11.4.2 Ti2Co-H.- 2.11.5 Das System Ti-Mn-H.- 2.11.5.1 "TiMn"-H.- 2.11.6 Das System Ti-Cr-H.- 2.11.6.1 TiCr2-H.- 2.11.6.2 TiCr2-xMnx-H.- 2.11.7 Die AB5-Hydride.- 2.11.7.1 LaNi5-H.- 2.11.8 Das System Ca-Ni-H.- 2.11.9 Das System Mg-Ni-H.- 2.11.9.1 MgH2.- 2.11.9.2 Mg2Ni-H.- 2.11.10 Die Systeme Mg-Me-H.- 2.11.10.1 Mg-Cu-H.- 2.11.10.2 Mg-Y-H.- 2.11.10.3 Mg-Al-H.- Zweiter Teil. Anwendung in Fahrzeugen.- A. Allgemeines.- 3. Hydride als Wasserstoffspeicher für Kraftfahrzeuge.- 3.1 Einleitung.- 3.2 Allgemeines zur Wasserstofferzeugung aus Gas und Strom.- 3.2.1 Wasserstoff als Zusatzkraftstoff.- 3.2.2 Kleinanlagen zur Wasserstofferzeugung.- 3.2.3 Das All-Strom-Haus.- 3.2.3.1 Aufbau einer Elektrolyseanlage.- 3.2.4 Das All-Gas-Haus.- 3.2.4. 1 Verwendung von Erdgas.- 3.2.4.2 Verwendung von Erdgas/Wasserstoff-Gemischen.- 3.2.4.3 Verwendung von Stadtgas.- 3.2.4.4 Abtrennung des Wasserstoffs aus Gasgemischen.- 3.3 Wasserstoffantrieb für Kraftfahrzeuge.- 3.3.1 Verbrennungsmotoren mit Wasserstoff.- 3.3.2 Zweistoffbetrieb Wasserstoff-Benzin.- 3.3.3 Gasturbine.- 3.3.4 Brennstoffzelle und Elektromotor.- 3.4 Hydridspeichertechnologie für Kraftfahrzeuge.- 3.4.1 Hydridspeichertechnologie bei Daimler-Benz.- 3.4.1.1 Hydridspeicher mit äußerem Wärmetausch.- 3.4.1.2 Hydridspeicher mit innerem Wärmetausch.- 3.4.1.3 Hydridspeicher als Klimaanlage.- 3.4.1.4 Hochtemperaturhydridspeicher in Kraftfahrzeugen (Kombinationsspeicher).- 3.4.1.5 Hydridspeicherais Standheizung.- 3.4.1.6 Hydride zur Abwärmespeicherung.- 3.4.2 Überblick über die Hydridspeicherung.- 3.4.3 Antriebssystem Hochtemperaturhydridspeicher und Verbrennungsmotor.- 3.4.4 Demonstrationsvorhaben von Wasserstoffahrzeugen mit Hydridspeichern.- 3.4.5 Betankung der Wasserstoffahrzeuge mit Hydridspeichern.- 3.4.5.1 Betankung von Tieftemperaturhydriden.- 3.4.5.2 Betankung von Hochtemperaturhydriden.- 3.4.5.3 Die Materialwechseltechnik.- 3.4.6 Einsatzmöglichkeiten für Wasserstoffahrzeuge mit Hydridspeicher.- 3.5 Vergleich von Wasserstoff- und Elektroantriebssystemen.- B. Experimentelle Ergebnisse.- 3.6 Auslegungsbeispiele verschiedener Hydridspeicher.- 3.6.1 Auslegungsbeispiel für einen Hydridspeicher mit innerem Wärmetausch.- 3.6.1.1 Überlegungen zur Gewichtseinsparung.- 3.6.2 Auslegungsbeispiel für abgasbeheizte Kombinationsspeicher.- 3.6.2.1 Der Aufbau eines Mg2Ni-Speichers.- 3.6.2.2 Der Aufbau eines abgasbeheizten TiFe-Speichers.- 3.6.2.3 Testergebnisse.- 3.6.2.4 Testergebnisse mit einem abgasbeheizten TiZrCrMn-Speicher.- 3.6.3 Auslegung und Testergebnisse einer Hydridstandheizung.- Dritter Teil. Sonstige Anwendungen.- A. Allgemeines.- 4. Metallhydride für die elektrochemische Energiespeicherung und -erzeugung (Hydridbatterien).- 4.1 Elektrochemisches Verhalten von Metallhydriden.- 4.1.1 Metallurgie der Ti-Ni-H-Elektroden.- 4.1.2 Erhöhung der elektrochemisch reversiblen Wasserstoffdichte.- 4.1.3 Änderung der Bindungsenergie des Wasserstoffs im Kristallgitter.- 4.1.4 Passivierung der Ti-Ni-Legierungen.- 4.1.5 Zusammenfassung.- 4.1.6 Die TiNi-Starterbatterie.- 4.1.6.1 Belastbarkeitsverhalten.- 4.1.6.2 Zusammenfassung.- 5. Hydridspeicher und Brennstoffzelle.- 5.1 Dezentrale Stromerzeugung mittels Wasserstoff/Luft-Brennstoflfzelle.- 6. Metallhydride als stationäre und mobile Wärmespeicher.- 6.1 Hydridwärmepumpen und -kältemaschinen (geschlossener Wasserstoffkreislauf).- 6.1.1 Stationäre Hydridwärmepumpen.- 6.1.2 Hydridvorwärmheizung und -klimaanlage für Kraftfahrzeuge mit konventionellen Antriebssystemen.- 6.2 Stationäre Hydridwärmespeicher mit Wasserstoffverbrauch.- 7. Weitere Anwendungsmöglichkeiten für Metallhydride.- 7.1 Der Hydridkompressor für Wasserstoff.- 7.2 Wasserstoffreinigung.- 7.3 Deuteriumanreicherung.- 8. Ausblick: Das Wasserstoff-Hydrid-Energiekonzept.- B. Experimentelle Ergebnisse.- 9. Optimierung von Hydridelektroden und einer Hydridwärmepumpe.- 9.1 Elektrochemische Testergebnisse im System Ti-Ni-H.- 9.1.1 Dotierung mit Fremdatomen.- 9.1.2 Testergebnisse dotierter Elektroden.- 9.1.3 Einfluß des Sauerstoffgehalts auf die Elektrodeneigenschaften.- 9.1.4 Einfluß der Entladungstiefe auf die Lebensdauer der Elektroden.- 9.1.5 Einfluß der Elektrolyttemperatur auf die Elektrodeneigenschaften.- 9.1.6 Einfluß der Elektrolytkonzentration auf die Elektrodeneigenschaften.- 9.1.7 Einfluß der Phasenanteile auf die Elektrodeneigenschaften.- 9.1.8 Elektrodenherstellung.- 9.1.8.1 Experimentelle Ergebnisse.- 9.2 Auslegung einer Hydridvorwärmheizung für Personenkraftwagen.

Produktinformationen

Titel: Energiespeicherung in Metallhydriden
Autor:
EAN: 9783709186725
ISBN: 978-3-7091-8672-5
Format: Kartonierter Einband
Herausgeber: Springer Vienna
Genre: Wärme- und Energietechnik
Anzahl Seiten: 300
Gewicht: 514g
Größe: H246mm x B172mm x T20mm
Jahr: 2011
Auflage: Softcover reprint of the original 1st ed. 1982