Innovative Materials and Systems for Solid State Hydrogen Storage

L’attività di ricerca presentata in questa tesi di dottorato riguarda lo sviluppo di nuovi materiali e sistemi per lo stoccaggio di idrogeno allo stato solido. Il primo gruppo di attività presentate è sui boroidruri di metalli alcalini e alcalinoterrosi. È stata ampiamente esplorata la possibilità di migliorare le loro proprietà con l’ausilio di nanosupporti. Un tentativo di migliorare la cinetica di decomposizione del litio boroidruro è stato fatto disperdendo tale materiale sulla superficie di nanotubi di carbonio e grafite modificati.Il materiale nanoconfinato risultante ha mostrato una temperatura di decomposizione inferiore, se paragonato al materiale puro e un’ulteriore diminuzione è stata osservata aumentando l’area superficiale del supporto. Un esperimento analogo è stato eseguito per osservare questo effetto in combinazione con i vantaggi di un reactive hydride composite, nel quale due materiali sono combinati per ottenere un composto con una minor entalpia di decomposizione. L’effetto del composto è stato positivo in presenza del supporto, grazie alla minor temperatura di fusione. Per il calcio boroidruro è stato usato carbone mesoporoso dopo attivazione chimica. Le migliorate proprietà di questo supporto hanno dato una minor temperatura di decomposizione e una migliorata reversibilità per vari cicli a diverse pressioni. La seconda linea di ricerca si focalizza sull’idruro di magnesio. Per migliorare le sue proprietà cinetiche, è stata testata una lega zirconio-nickel, al fine di valutare la sua influenza sulla velocità di reazione in assorbimento e desorbimento. Il degrado di altre polveri di magnesio idruro catalizzate con un ossido metallico in reattori sperimentali ha motivato la produzione di pastiglie con l’aggiunta di un agente legante, per ottenere resistenza meccanica, consentendo comunque la diffusione dell’idrogeno. Era previsto che ogni pastiglia si comportasse come un sistema indipendente, infatti, sono state testate in un piccolo reattore. Diversi cicli di assorbimento e desorbimento sono stati effettuati per paragonare la risposta del reattore con dati di laboratorio ottenuti su minori quantità di polvere o pastiglie. Infine, è stata sperimentata la realizzabilità di un serbatoio di idrogeno veicolare usando un idruro di un metallo interstiziale. Oltre alla caratterizzazione di base del materiale, sono stati realizzati due tipi di esperimenti. Test statici (misure con controllo automatico di flusso e impostazioni costanti) sono stati usati per valutare se il serbatoio soddisfacesse i requisiti di rilascio di idrogeno. Test dinamici sono stati progettati e applicati al serbatoio, dove il flusso di idrogeno era variabile seguendo un’ipotetica prova su strada. È stato possibile evidenziare i problemi legati allo scambio di calore per le prestazioni di maggior consumo e analizzare alcune possibili soluzioni. Cicli diversi sono stati effettuati sul serbatoio in esperimenti realistici, per trovare le impostazioni ideali per alti valori di flusso medio e di picco.