DE10347237A1 - Method for the reversible storage of atomic hydrogen on / in carbon micro and / or nanomaterial and hydrogen storage - Google Patents

Method for the reversible storage of atomic hydrogen on / in carbon micro and / or nanomaterial and hydrogen storage Download PDF

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Abstract

Es wird unter anderem ein Verfahren beschrieben zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff an/in Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial. Weiterhin wird ein Wasserstoffspeicher beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: DOLLAR A a) zum Speichern von atomarem Wasserstoff: Anlagern des atomaren Wasserstoffs an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial mittels Adsorption, insbesondere mittels Chemisorption; DOLLAR A b) zum Abgeben von atomarem Wasserstoff: Erhitzen des Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterials zum Zwecke thermischer Desorption auf eine bestimmte Desorptionstemperatur, so dass sich der atomare Wasserstoff vom Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial löst und anschließende Rekombination des freigesetzten atomaren Wasserstoffs zu Wasserstoffmolekülen.Among other things, a method is described for the reversible storage of atomic hydrogen on / in carbon micro- and / or nanomaterial. Furthermore, a hydrogen storage will be described. The process according to the invention is characterized by the following steps: DOLLAR A a) for storing atomic hydrogen: attaching the atomic hydrogen to the carbon micro- and / or nanomaterial by means of adsorption, in particular by means of chemisorption; DOLLAR A b) for dispensing atomic hydrogen: heating the carbon micro and / or nanomaterial for the purpose of thermal desorption to a certain desorption temperature such that the atomic hydrogen dissolves from the carbon micro and / or nanomaterial and subsequent recombination released atomic hydrogen to hydrogen molecules.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff an/in Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial. Weiterhin betrifft die Erfindung einen entsprechenden Wasserstoffspeicher.The The present invention initially relates to a method for reversible Storing atomic hydrogen at / in carbon micro and / or nanomaterial. Furthermore, the invention relates to a corresponding hydrogen storage.

Die vorliegende Erfindung betrifft folglich das technische Gebiet der Wasserstoffspeicherung, welches in letzter Zeit erheblich an Bedeutung gewonnen hat.The The present invention accordingly relates to the technical field of Hydrogen storage, which lately significant importance and the winner is.

Wasserstoff wird als Null-Emissions-Brennstoff (in bezug auf Emissionen von giftigen oder klimabeeinflussenden Prozeßgasen) angesehen, weil bei seinem Einsatz, beispielsweise in thermischen Brennkraftmaschinen, in Brennstoffzellen-Anwendungen oder dergleichen, nur Wasser erzeugt wird. Folglich ist die Schaffung geeigneter Speichermittel für die effiziente Speicherung von Wasserstoff ein bedeutendes Ziel, welches erreicht werden muß, bevor sich eine weitverbreitete Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff einstellen kann.hydrogen is used as zero-emission fuel (in terms of emissions of toxic or climate-influencing process gases) considered because in his Use, for example in thermal engine, in fuel cell applications or like that, only water is generated. Consequently, the creation is suitable storage means for the efficient storage of hydrogen is an important goal, which must be achieved before a widespread use of hydrogen as a fuel can adjust.

Aus der WO 01/53199 A2 ist es bereits bekannt, dass molekularer Wasserstoff (H2) an Kohlenstoff-Nanomaterial in Form von sogenannten Single-Walled-Nanotube-Material (SWNT-Material) reversibel gespeichert werden kann. „Reversibel" bedeutet dabei im Lichte der vorliegenden Beschreibung, dass die Wasserstoffmoleküle an dem Kohlenstoff-Nanomaterial angelagert, das heißt gespeichert werden können, dass die Wasserstoffmoleküle aber auch wieder von dem Kohlenstoff-Nanomaterial abgelöst und abgegeben werden können. Die bekannte Lösung sieht vor, dass der molekulare Wasserstoff an den Oberflächen des SWNT-Materials anlagern, das heißt adsorbieren kann, und dass dieser bei bestimmten Temperaturbedingungen wieder abgegeben, das heißt desorbiert wird.It is already known from WO 01/53199 A2 that molecular hydrogen (H 2 ) can be reversibly stored on carbon nanomaterial in the form of so-called single-walled nanotube material (SWNT material). In this context, "reversible" means in the light of the present description that the hydrogen molecules can be attached to the carbon nanomaterial, that is to say they can be stored, but the hydrogen molecules can also be detached and released again from the carbon nanomaterial. that the molecular hydrogen can attach to the surfaces of the SWNT material, that is adsorb, and that it is discharged again under certain temperature conditions, that is desorbed.

Wasserstoffspeicherung in Kohlenstoff-Nanotubes (Kohlenstoff-Nanoröhrchen) mit molekularem Wasserstoff als zu speicherndem Medium umfasst die Schritte, dass zunächst geeignetes Kohlenstoff-Nanomaterial erzeugt und gereinigt werden muss, dass das Kohlenstoff-Nanomaterial anschließend molekularem Wasserstoff bei oder oberhalb von Atmosphärendruck ausgesetzt wird, dass der externe Wasserstoffdruck erhöht wird und dass die gespeicherten Wasserstoffmoleküle in dem Kohlenstoff-Nanomaterial gehalten werden müssen. Zum Freisetzen der gespeicherten Wasserstoffmoleküle wird das Kohlenstoff-Nanomaterial auf eine erhöhte Temperatur, die sogenannte Desorptionstemperatur, erhitzt.Hydrogen storage in carbon nanotubes (carbon nanotubes) with molecular hydrogen As a medium to be stored, the steps that initially suitable Carbon nanomaterial needs to be generated and purified that the carbon nanomaterial subsequently molecular hydrogen at or above atmospheric pressure is exposed to the external hydrogen pressure is increased and that the stored hydrogen molecules are held in the carbon nanomaterial Need to become. To release the stored hydrogen molecules is the carbon nanomaterial at an elevated temperature, the so-called Desorption temperature, heated.

Nachteilig bei der bekannten Lösung ist unter anderem, dass wegen der geringen Bindungsstärke zwischen den Wasserstoffmolekülen und dem Kohlenstoff-Nanomaterial bei normalen Umgebungsbedingungen nur eine begrenzte Menge an Wasserstoffmolekülen im/am Kohlenstoff-Nanomaterial gespeichert werden kann. Außerdem ist die Bindungsstärke zwischen den Wasserstoffmolekülen und dem Kohlenstoff-Nanomaterial im Speicherzustand relativ gering.adversely in the known solution is, inter alia, that because of the low bond strength between the hydrogen molecules and the carbon nanomaterial in normal environmental conditions only a limited amount of hydrogen molecules in / on Carbon nanomaterial can be stored. Besides that is the bond strength between the hydrogen molecules and the carbon nanomaterial in the storage state relatively low.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum reversiblen Speichern von Wasserstoff an/in Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial sowie einen Wasserstoffspeicher bereitzustellen, mit dem die beschriebenen Nachteile vermieden werden können.outgoing This is the object of the present invention, a Process for the reversible storage of hydrogen on / in carbon micro and / or nanomaterial and to provide a hydrogen storage with which the described Disadvantages can be avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, den Wasserstoffspeicher gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 15 sowie die besondere Verwendung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 20. Weitere Vorteile, Merkmale, Details, Aspekte und Effekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Wasserstoffspeicher, und umgekehrt. Analoges gilt für die erfindungsgemäße Verwendung.These The object is achieved by the method having the features according to independent claim 1, the Hydrogen storage according to independent claim 15 and the particular use according to independent claim 20. Other Advantages, features, details, aspects and effects of the invention from the subclaims, the description as well as the drawings. Features and details that are described in connection with the method according to the invention, of course also in connection with the hydrogen storage according to the invention, and vice versa. The same applies to the use according to the invention.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nunmehr nicht mehr molekularer Wasserstoff (H2), sondern atomarer Wasserstoff (H) an/im Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial gespeichert wird. Der Speicherung von Wasserstoff wird die Erzeugung von atomarem Wasserstoff gemäß H2 + 4.5eV → H + H vorangestellt. Dies gestattet eine maximale Speicherkapazität des Wasserstoffs an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial. Ebenso ist die Bindungsstärke zwischen den Wasserstoffatomen und Kohlenstoffatomen hoch, so dass der Wasserstoff bei normalen Umgebungsbedingungen und darüber hinaus bis zur Desorptionstemperatur stabil im Kohelenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial gespeichert ist.The present invention is based on the finding that now no longer molecular hydrogen (H 2 ) but atomic hydrogen (H) is stored on / in the carbon micro- and / or nanomaterial. The storage of hydrogen becomes the production of atomic hydrogen according to H 2 + 4.5eV → H + H prefixed. This allows a maximum storage capacity of the hydrogen on the carbon micro and / or nanomaterial. Likewise, the bond strength between the hydrogen atoms and carbon atoms is high, so that the hydrogen is stably stored in the hydrocarbon micro and / or nanomaterial at normal ambient conditions and beyond to desorption temperature.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff an/in Kohlenstoff-Mikro- und/oder – Nanomaterial bereitgestellt, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

  • a) zum Speichern von atomarem Wasserstoff: Anlagern des atomaren Wasserstoffs an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder – Nanomaterial mittels Adsorption, insbesondere mittels Chemisorption;
  • b) zum Abgeben von atomarem Wasserstoff: Erhitzen des Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterials zum Zwecke thermischer Desorption auf eine bestimmte Desorptionstemperatur, so dass sich der atomare Wasserstoff vom Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial löst, und anschließende Rekombination des freigesetzten atomaren Wasserstoffs zu Wasserstoffmolekülen.
According to the first aspect of the invention, there is provided a method of reversibly storing atomic hydrogen on / in carbon micro- and / or nanomaterial characterized by the steps of:
  • a) storing atomic hydrogen: attaching the atomic hydrogen to the carbon micro- and / or - nanomaterial by means of adsorption, in particular by chemisorption;
  • b) for discharging atomic hydrogen: heating of the carbon micro and / or nanomaterial for the purpose of thermal desorption a certain desorption temperature such that the atomic hydrogen dissolves from the carbon micro- and / or nanomaterial and subsequent recombination of the released atomic hydrogen into hydrogen molecules.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zunächst vor, dass der atomare Wasserstoff reversibel am/im Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial gespeichert werden soll. Das bedeutet, dass der Kohlenstoff sowohl am Kohlenstoff-Mikro- und/oder – Nanomaterial angelagert, das heißt gespeichert, als auch vom Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial wieder abgelöst, das heißt entfernt werden kann.The inventive method looks first that the atomic hydrogen is reversible on / in the carbon micro- and / or nanomaterial should be stored. It means that the carbon at both the carbon micro and / or nanomaterial attached, that is stored as well as detached from the carbon micro and / or nanomaterial again, the is called can be removed.

Bei Kohlenstoff-Mikromaterial handelt es sich um ein Material, das Partikel aufweist, deren Abmessungen im Bereich von Mikrometern liegen. Bei Kohlenstoff-Nanomaterial handelt es sich um ein Material, das Partikel aufweist, deren Abmessungen im Bereich von Nanometern liegen.at Carbon micro material is a material called particles whose dimensions are in the range of micrometers. When dealing with carbon nanomaterials it is a material that has particles whose dimensions in the range of nanometers.

In einem ersten Schritt, dem Speicherschritt, ist zunächst vorgesehen, dass atomarer Wasserstoff an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial angelagert wird, was erfindungsgemäß mittels Adsorption, insbesondere mittel Chemisorption, erfolgt. Adsorption bedeutet dabei generell die Anlagerung von Gasen oder gelösten Stoffen an der Grenzfläche einer festen oder flüssigen Phase. Bei der Chemisorption handelt es sich um einen Sonderfall der Adsorption, bei der die adsorbierten Atome an der Oberfläche eines Festkörpers, hier des Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterials, durch chemische Bindungen festgehalten werden.In a first step, the storage step, is initially provided, that atomic hydrogen attaches to the carbon micro and / or nanomaterial is, according to the invention by means of Adsorption, in particular by means of chemisorption occurs. adsorption generally means the addition of gases or solutes at the interface of a solid or liquid Phase. Chemisorption is a special case Adsorption, in which the adsorbed atoms on the surface of a Solid, here the carbon micro and / or nanomaterial, by chemical Bindings are held.

Atomarer Wasserstoff wird dazu unter Energieaufwand aus molekularem Wasserstoff erzeugt.nuclear Hydrogen becomes energy from molecular hydrogen generated.

In einem weiteren Schritt, dem Abgabeschritt, wird das Kohlenstoff-Mikro- und/oder – Nanomaterial zum Zwecke der thermischen Desorption bis auf eine bestimmte Temperatur, die sogenannte Desprotionstemperatur, erhitzt, so dass sich der gespeicherte atomare Wasserstoff vom Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial lösen kann. Bei der Desorption handelt es sich generell um die Rückreaktion der Adsorption/Chemisorption, bei der jedoch meistens eine wesentlich höhere Aktivierungsenergie aufzubringen ist. Um den atomaren Wasserstoff, der sich im ersten Speicherschritt an den Oberflächen des Kohlenstoff-Mikro- und/oder – Nanomaterials angelagert hatte, vom Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial zu lösen und zurückzugewinnen, wird das Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial folglich mindestens auf die Desorptionstemperatur erhitzt, bei der der atomare Wasserstoff zurückgewonnen werden kann.In In a further step, the delivery step, the carbon microbial and / or - nanomaterial for the purpose of thermal desorption to a certain temperature, the so-called Desprotionstemperatur, heated, so that the stored atomic hydrogen from the carbon micro- and / or Dissolve nanomaterial can. Desorption is generally the reverse reaction Adsorption / chemisorption, but in most cases a significant higher Activation energy is applied. To get the atomic hydrogen, in the first storage step at the surfaces of the carbon micro- and / or nanomaterials from carbon micro and / or nanomaterials to solve and recover, consequently, the carbon micro- and / or nanomaterial is at least heated to the desorption temperature at which the atomic hydrogen be recovered can.

Die Wasserstoffatome lösen sich vom Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial, das heißt sie werden freigesetzt, und rekombinieren anschließend zu Wasserstoffmolekülen (H2). Zusätzlich wird dabei Energie frei, die weiter genutzt werden kann, insbesondere zur Temperaturerhöhung des Speichermediums selbst. Hierauf wird im weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher eingegangen.The hydrogen atoms are released from the carbon micro- and / or nanomaterial, that is, they are released, and then recombine to hydrogen molecules (H 2 ). In addition, while energy is released, which can be used further, in particular for increasing the temperature of the storage medium itself. This will be discussed in more detail later in the description.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Wasserstoffatome an den Oberflächen von Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterialien adsorbiert/chemisorbiert werden können. Wasserstoff bleibt an den Oberflächen der Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterialien bis zur Desporptionstemperatur adsorbiert. Durch ein Erhitzen der mit Wasserstoff bedeckten/beschichteten Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterialien auf erhöhte Temperaturen größer/gleich der Desorptionstemperatur kann atomarer Wasserstoff zurückgewonnen und zu molekularem Wasserstoff rekombiniert werden.Of the The present invention is based on the finding that hydrogen atoms on the surfaces adsorbed / chemisorbed by carbon micro- and / or nanomaterials can be. hydrogen stays on the surfaces the carbon micro and / or nanomaterials up to the desorption temperature adsorbed. By heating the hydrogen-coated / coated Carbon micro- and / or nanomaterials at elevated temperatures greater or equal the desorption temperature can be recovered atomic hydrogen and be recombined into molecular hydrogen.

Durch die Nutzung des hoch spezifischen Oberflächenbereichs von Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial-Anordnungen lassen sich große Mengen an Wasserstoff speichern.By the use of the highly specific surface area of carbon micro and / or nanomaterial arrays can be great Save amounts of hydrogen.

Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Verfahren zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff in Form von Wasserstoffatomen (H) und/oder Deuteriumatomen (D) ausgebildet ist.there is advantageously provided that the method for reversible storage of atomic hydrogen in the form of hydrogen atoms (H) and / or Deuterium atoms (D) is formed.

Vorzugsweise kann mit dem Verfahren atomarer Wasserstoff an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial mit einer maximalen Speicherkapazität von einem Wasserstoffatom pro Kohlenstoffatom, äquivalent mit 8 Gew-%, gespeichert werden.Preferably may use the method atomic hydrogen on the carbon micro and / or nanomaterial with a maximum storage capacity of one hydrogen atom per carbon atom, equivalent with 8% by weight.

Sofern atomarer Wasserstoff an/in Kohlenstoff Nanomaterial gespeichert wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Arten von Kohlenstoff-Nanomaterialien beschränkt. So kann das Verfahren beispielsweise zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff an/in Kohlenstoff-Nanomaterial in Form von Nanoröhrchen (Nanotubes), insbesondere Single-Walled-Nanotubes (SWNT) oder Multi-Walled-Nanotubes (MWNT) und/oder Nanofasern (Nanofibres) und/oder Nanoshells (Nanoschuppen) eingesetzt werden. Das Kohlenstoff-Nanomaterial kann dabei beispielsweise in Form eine Pulvers vorliegen.Provided atomic hydrogen stored at / in carbon nanomaterial is the present invention is not limited to certain types of Limited carbon nanomaterials. So can the procedure for example, for the reversible storage of atomic hydrogen on / in carbon nanomaterial in the form of nanotubes, in particular Single-walled nanotubes (SWNT) or multi-walled nanotubes (MWNT) and / or nanofibers (Nanofibres) and / or nanoshells (nanoscale) are used. The carbon nanomaterial can be in the form of a Powder present.

Vorteilhaft kann das Verfahren zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff an/in Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial in Form von orientiertem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial eingesetzt werden. In weiterer Ausgestaltung können die Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterialien eine gerichtete Struktur aufweisen.Advantageous The process can be used to reversibly store atomic hydrogen on / in carbon micro and / or nanomaterial in the form of oriented Carbon micro and / or nanomaterial are used. In further embodiment can the carbon micro and / or nanomaterials a directed Structure have.

In bevorzugter Ausgestaltung sind die Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterialien helixförmig ausgebildet. Diese helixförmige Struktur kann beispielhaft mit der Form einer „Wendeltreppe" beschrieben werden. Die helixförmigen Nanostrukturen können vorteilhaft als helixförmige Karbon-Nanofasern ausgebildet sein, die somit zunächst eine äußere in einer Längsrichtung verlaufende Struktur in Form der Schraubenlinie und zusätzlich eine innere Struktur aufweisen. Diese innere Struktur, die in dem exemplarischen Beispiel der „Wendeltreppe" die einzelnen „Treppenstufen" bilden würde, umfaßt einzelne Kohlenstoffebenen. Eine solche Struktur hat wegen ihrer vielen Kanten (edges) erhebliche Vorteile.In preferred embodiment are the carbon micro and / or nanomaterials helically educated. This helical Structure can be described by way of example with the form of a "spiral staircase". The helical ones Nanostructures can advantageous as helical Carbon nanofibers be formed, thus initially an outer in a longitudinal direction running structure in the form of the helix and additionally one have inner structure. This inner structure, in the exemplary Example of the "spiral staircase" would form the individual "stairs" includes individual Carbon levels. Such a structure has because of its many edges (edges) significant benefits.

Zur Durchführung des Verfahrens kann zunächst vorgesehen sein, dass in einem Herstellungsschritt atomarer Wasserstoff erzeugt wird. Dies kann auf unterschiedlichste Weise geschehen, so dass die Erfindung nicht auf bestimmte Ausführungsformen beschränkt ist. Nachfolgend werden hierzu einige nicht ausschließliche Beispiele beschrieben.to execution of the procedure can first be provided that in a manufacturing step atomic hydrogen is produced. This can be done in different ways, so that the invention is not limited to specific embodiments. In the following some non-exclusive examples will be described.

Generell kann der atomare Wasserstoff zunächst in wenigstens einer Atomquelle erzeugt werden. Dabei kann es sich bei dem hergestellten atomaren Wasserstoff um thermischen (2000 K) Wasserstoff handeln.As a general rule can the atomic hydrogen first be generated in at least one atomic source. It can be in the produced atomic hydrogen to thermal (2000 K) act hydrogen.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der atomare Wasserstoff in wenigstens einer an sich bekannten, als Plasmaquelle ausgebildeten Atomquelle erzeugt wird. Als geeignete Plasmaquellen sind beispielsweise Niedrigtemperatur DC – (Low Temperature DC -), Mikrowellen -, HF -Plasmaquellen und dergleichen zu nennen.For example can be provided that the atomic hydrogen in at least a known per se, designed as a plasma source atom source is produced. Examples of suitable plasma sources are low-temperature DC - (Low Temperature DC -), microwave, RF plasma sources and the like.

In weiterer Ausgestaltung ist denkbar, dass der atomare Wasserstoff in einer als insbesondere erhitzte Wolfram-Kapillare ausgebildeten Atomquelle erzeugt wird. Bei der Lösung mit der Wolfram-Kapillare wird diese von molekularem Wasserstoff durchströmt, wodurch der molekulare Wasserstoff in atomaren Wasserstoff aufgespalten wird.In Another embodiment is conceivable that the atomic hydrogen formed in a particular heated tungsten capillary Atomic source is generated. In the solution with the tungsten capillary this is traversed by molecular hydrogen, causing the molecular Hydrogen is split into atomic hydrogen.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial zum Anlagern von atomarem Wasserstoff einem Strom von gasförmigem atomarem Wasserstoff ausgesetzt wird. Dabei kann beispielsweise vorgehen sein, dass das Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial mit Wasserstoffatomen beschossen wird, die sich dann an das Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial anlagern. Auch kann vorgesehen sein, dass das Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial zum Anlagern von atomarem Wasserstoff in die wenigstens eine Atomquelle eingetaucht wird. In weiterer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass zum Anlagern von atomarem Wasserstoff an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial zunächst ein Metall auf dem Kohlenstoffmaterial aufgebracht wird und dass der an das Metall gebundene atomare Wasserstoff, der beispielsweise durch dissoziative Adsorption von molekularem Wasserstoff gemäß H2 + 2·Metall → 2·H-Metall Erzeugt wird, auf das Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial übertragen wird. Ein Vorgang, der auch als „Spill-Over-Phänomen" bezeichnet wird.Advantageously, it is provided that the carbon micro- and / or nanomaterial is exposed to a stream of gaseous atomic hydrogen for attaching atomic hydrogen. In this case, it may be possible, for example, for the carbon micro- and / or nanomaterial to be bombarded with hydrogen atoms, which then accumulate on the carbon micro- and / or nanomaterial. It can also be provided that the carbon micro- and / or nanomaterial is dipped into the at least one atomic source for attaching atomic hydrogen. In a further embodiment, it can also be provided that for attaching atomic hydrogen to the carbon micro- and / or nanomaterial, a metal is first applied to the carbon material and that the bound to the metal atomic hydrogen, for example, by dissociative adsorption of molecular Hydrogen according to H 2 + 2 · metal → 2 · H metal Is produced, is transferred to the carbon micro and / or nanomaterial. A process that is also called a "spill-over phenomenon".

Vorzugsweise kann der atomare Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 150 und 300 K, insbesondere bei einer Temperatur um 200 K, an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial adsorbiert werden.Preferably can atomic hydrogen at a temperature between 150 and 300 K, in particular at a temperature of about 200 K, on the carbon micro- and / or nanomaterial adsorbed.

Wie weiter oben bereits beschrieben wurde, wird der atomare Wasserstoff nach dem Desorptionsschritt erneut zu Wasserstoffmolekülen rekombiniert. Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, dass der desorbierte atomare Wasserstoff in der Gasphase rekombiniert wird.As has already been described above, the atomic hydrogen recombined after the desorption step to hydrogen molecules. there is advantageously provided that the desorbed atomic hydrogen is recombined in the gas phase.

Zum Zwecke der Desorption wird das Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial vorteilhaft auf Temperaturen über 350 K, insbesondere auf Temperaturen im Bereich von 350 bis 1000 K, bevorzugt auf einen Bereich von 750 bis 800 K, erhitzt. Bei diesen Temperaturen lösen sich zunächst die Wasserstoffatome vom Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial ab. Gleichzeitig rekombinieren die Wasserstoffatome bei diesen Temperaturen zu Wasserstoffmolekülen.To the Desorption purposes are the carbon micro and / or nanomaterial beneficial to temperatures above 350 K, in particular to temperatures in the range of 350 to 1000 K, preferably to a range of 750 to 800 K, heated. At these temperatures dissolve first the hydrogen atoms from the carbon micro and / or nanomaterial. simultaneously the hydrogen atoms recombine at these temperatures to hydrogen molecules.

Bei dieser Reaktion wird Energie frei. Vorteilhaft kann die bei der Rekombination des atomaren Wasserstoffs frei werdende Energie weiteren Prozesse oder Prozeßschritten zur Verfügung gestellt wird.at This reaction releases energy. Advantageously, the at the Recombination of atomic hydrogen released energy further Processes or process steps to disposal is provided.

Die Desorption von atomarem Wasserstoff und die anschließende Rekombination führen zu „heißen" Molekülen. Dies gestattet eine weitere Nutzung der bei der Speicherung durch die Herstellung von gasförmigem atomarem Wasserstoff investierten Energie. Die Rekombination von Wasserstoff in der Gasphase führt zu der Gleichung 2H ---> H2 + 4.5eV → heißes Gas Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Wasserstoffspeicher zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff bereitgestellt, aufweisend ein Speichermedium für die Speicherung des atomaren Wasserstoffs. Dieser Wasserstoffspeicher ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium in Form von Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial ausgebildet ist. Zu den Vorteilen und Wirkungen dieser erfindungsgemäßen Lösung wird auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen und verwiesen. Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass der Wasserstoffspeicher Mittel zur Durchführung des wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.The desorption of atomic hydrogen and subsequent recombination lead to "hot" molecules, allowing further use of the energy invested in storage by the production of gaseous atomic hydrogen, and the recombination of hydrogen in the gaseous phase leads to the equation 2H ---> H 2 + 4.5eV → hot gas According to a second aspect of the invention, there is provided a hydrogen storage for reversibly storing atomic hydrogen, comprising a storage medium for storing the atomic hydrogen. This hydrogen storage is inventively characterized in that the storage medium is in the form of carbon micro and / or nanomaterial. For the advantages and effects of this solution according to the invention, reference is made to the above statements on the method according to the invention and referenced. It is advantageously provided that the hydrogen storage comprises means for carrying out the method according to the invention as described above.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Speichermedium in einem Druckbehälter angeordnet ist. Dadurch ist eine besonders sichere Speicherung von Wasserstoff gewährleistet. Beispielsweise kann aus dem Speichermedium eine Feststoffüllung in einem Speicherbehälter gebildet werden, zumindest aber kann das Speichermedium Bestandteil einer solchen Füllung sein.For example it can be provided that the storage medium is arranged in a pressure vessel is. This is a particularly secure storage of hydrogen guaranteed. For example, from the storage medium, a Feststoffüllung in a storage tank be formed, but at least the storage medium component such a filling be.

Das Speichermedium kann in beliebiger Form, beispielsweise in Form von Pulver und/oder Konglomeraten und/oder Pellets oder dergleichen ausgebildet sein.The Storage medium may be in any form, for example in the form of Powders and / or conglomerates and / or pellets or the like be.

Bei vielen Anwendungen, in denen gespeicherter Wasserstoff verwendet werden soll, kommt es darauf an, bei einem möglichst kleinen Speichervolumen und Speichergewicht der Speichervorrichtung eine möglichst große Gasmenge einspeichern zu können (möglichst hohe spezifische Speicherkapazität). Diese Forderung gilt insbesondere für mobile Anwendungen, also etwa bei Wasserstofftanks für Fahrzeuge, die mit Brennstoffzellen betrieben werden. Daher besteht ein Bedarf, die bisher erreichbare Speicherkapazität von Speichervorrichtungen für Gase, insbesondere Wasserstoff weiter zu erhöhen.at many applications where stored hydrogen is used is to be, it depends, with the smallest possible storage volume and memory weight of the memory device one possible size Gas storage can store (if possible high specific storage capacity). This requirement applies in particular to mobile applications, ie for example in hydrogen tanks for vehicles, which are operated with fuel cells. Therefore, there is a need the previously achievable storage capacity of storage devices for gases, in particular to further increase hydrogen.

Vorzugsweise kann das Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial deshalb in Form von Konglomeraten ausgebildet sein, wobei die Erfindung nicht auf bestimmte Formen von Konglomeraten beschränkt ist. Bei den Konglomeraten kann es sich beispielsweise um Bündel von Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial handeln, wie dies beispielsweise in der bereits erwähnten WO 01/53199 A2 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Beschreibung mit einbezogen wird.Preferably Therefore, the carbon micro- and / or nanomaterial in shape be formed of conglomerates, the invention is not on certain forms of conglomerates is limited. At the conglomerates For example, it can be bundles of carbon micro- and / or nanomaterial, like this for example, in the already mentioned WO 01/53199 A2 is whose disclosure content in this respect in the present description is involved.

Eine Erhöhung der Speicherkapazität für das Gas kann auch erzeugt werden, wenn die Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterialien als zusammenhängende Konglomerate ausgebildet sind. Dadurch kann in ein vorgegebenes Speichervolumen eines Speicherbehälters mehr Material eingebracht werden, als dies durch einfaches Einfüllen von Kohlenstoffteilchen mit Mikro- und/oder Nanostruktur möglich wäre.A increase the storage capacity for the gas may also be generated when the carbon micro and / or nanomaterials as coherent Conglomerates are formed. This can be done in a predetermined Storage volume of a storage container more material can be introduced than this by simply filling carbon particles with micro- and / or nanostructure would be possible.

Dadurch ist eine solcher Wasserstoffspeicher sowohl für stationäre als auch für mobile Anwendungen einsetzbar.Thereby is such a hydrogen storage for both stationary and mobile Applications can be used.

Vorteilhaft sind zumindest einzelne Konglomerate mit gegenüber der Scheindichte der ursprünglich losen Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterialien erhöhter Scheindichte verdichtet. Auf diese Weise kann bei vergleichsweise kleinem Speichervolumen des Speicherbehälters eine große Menge an Gas gespeichert werden, da in das vorgegebene Speichervolumen des Speicherbehälters mehr Speichermasse eingebracht wird, als dies durch einfaches Einfüllen von Speichermasse möglich wäre. Als Scheindichte wird dabei das auf das Volumen des Konglomerats bezogene Gewicht verstanden. Vorteilhaft kann die Scheindichte der aus den ursprünglich losen Teilchen des Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterials hergestellten Konglomerate mindestens auf das 1,5-fache, vorzugsweise mindestens auf das 2-fache der ursprünglichen Scheindichte erhöht werden. Üblicherweise liegt die ursprüngliche Scheindichte bei etwa 1,0 g/cm3, so daß die anzustrebenden Werte bei der Verdichtung vorzugsweise bei Mindestdichten von 1,5 bzw. 2,0 g/cm3 liegen.Advantageously, at least individual conglomerates are compressed with respect to the apparent density of the originally loose carbon micro- and / or nanomaterials increased apparent density. In this way, a large amount of gas can be stored at a comparatively small storage volume of the storage container, as in the predetermined storage volume of the storage container more storage mass is introduced, as would be possible by simply filling storage mass. The apparent density is understood to mean the weight related to the volume of the conglomerate. Advantageously, the apparent density of the conglomerates prepared from the originally loose particles of the carbon micro- and / or nanomaterial may be increased at least 1.5 times, preferably at least 2 times, the original apparent density. Usually, the original apparent density is about 1.0 g / cm 3 , so that the values to be aimed at during densification are preferably at minimum densities of 1.5 and 2.0 g / cm 3 .

Durch eine Verdichtung der Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterialien ist noch ein weiterer Vorteil verbunden. Dieser besteht darin, daß die einzelnen Teilchen zwangsläufig zusammengehalten werden, so daß damit beim Entladen des Speicherbehälters einem unerwünschten Austragen von kleinsten Partikeln mit dem entnommenen Gasstrom entgegengewirkt wird. Das Entweichen von Partikeln in nachgeschaltete Aggregate oder die Umwelt könnte nämlich unter Umständen zu technischen Problemen führen oder gegen Emmissionsvorschriften bzgl. Kleinstpartikel verstoßen.By a densification of the carbon micro and / or nanomaterials There is another advantage associated with it. This is that the individual Particles inevitably held together so that with it when unloading the storage container an undesirable Delivery of the smallest particles counteracted with the withdrawn gas stream becomes. The escape of particles into downstream aggregates or the environment could namely in certain circumstances lead to technical problems or violate emission regulations regarding micro particles.

Vorteilhaft ist das Speichermedium – wie weiter oben bereits beschrieben – in Gestalt von Kohlenstoff-Nanomaterialien in Form von Nanoröhrchen (Nanotubes), insbesondere Single-Walled-Nanotubes (SWNT) oder Multi-Walled-Nanotubes (MWNT) und/oder Nanofasern und/oder Nanoshells und/oder orientiertem Kohlenstoff-Nanomaterial ausgebildet. Natürlich kann das Speichermedium auch in Gestalt von Kohlenstoff-Mikromaterialien sein, die vorteilhaft ebenfalls eine wie vorstehend beschriebene Form aufweisen können.Advantageous is the storage medium - like already described above - in the form of carbon nanomaterials in the form of nanotubes, in particular single-walled nanotubes (SWNT) or multi-walled nanotubes (MWNT) and / or nanofibers and / or nanoshells and / or oriented Carbon nanomaterial formed. Of course, the storage medium also in the form of carbon micromaterials, which are also beneficial may have a shape as described above.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Kohlenstoff-Mikromaterial und/oder ein Kohlenstoff-Nanomaterial, insbesondere in Form von Nanoröhrchen (Nanotubes), insbesondere Single-Walled-Nanotubes (SWNT) oder Multi-Walled-Nanotubes (MWNT) und/oder Nanofasern und/oder Nanoshells und/oder orientiertem Kohlenstoff-Nanomaterial als Speichermedium für atomaren Wasserstoff verwendet werden.According to one Another aspect of the invention may be a carbon micromaterial and / or a carbon nanomaterial, in particular in the form of nanotubes (Nanotubes), in particular single-walled nanotubes (SWNT) or multi-walled nanotubes (MWNT) and / or nanofibers and / or nanoshells and / or oriented carbon nanomaterials as a storage medium for atomic hydrogen can be used.

Zusammenfassend ist die vorliegende Erfindung folglich unter anderem durch folgende Merkmale und Aspekte gekennzeichnet:

  • • Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien (beispielsweise Single-wall carbon nanotubes – SWNT, Multi-walled carbon nanotubes – MWNT oder dergleichen) sind mit chemisorbiertem atomarem Wasserstoff H (Deuterium D) beschichtet
  • • Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien (beispielsweise Multi-walled carbon nanotubes – MWNT) mit Durchmessern, eingestellt gemäß einer bevorzugten Bindungsstärke (bonding strength) zwischen den Oberflächen-(Röhrchenoberflächen) Atomen und den chemisorbierten Atomen, die mit chemisorbiertem atomarem Wasserstoff H (Deuterium D) beschichtet sind.
  • • Die Herstellung von H oder D beschichteten Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien (etwa SWNT, MWNT oder dergleichen), wobei die Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien auf einem geeigneten Substrat Strömen von H oder D Atomen ausgesetzt werden.
  • • Die Herstellung von H oder D beschichteten Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien (etwa SWNT, MWNT oder dergleichen), wobei die Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien auf einem geeigneten Substrat Strömen von H oder D Atomen ausgesetzt werden, wobei die Ströme in einem geeigneten Niedrigtemperatur DC -, Mikrowellen – oder HF-Plasma erzeugt wurden.
  • • Die Herstellung von H oder D beschichteten Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien (etwa SWNT, MWNT oder dergleichen), wobei die Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien in ein geeignetes Niedrigtemperatur DC -, Mikrowellen – oder HF-Plasma eingetaucht werden.
  • • Die Herstellung von H oder D beschichteten Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien (etwa SWNT, MWNT oder dergleichen), wobei die Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien als Wasserstoffelektrode in einer elektrochemischen Zelle verwendet werden.
  • • Die Herstellung von H oder D beschichteten Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien (etwa SWNT, MWNT oder dergleichen), wobei Metall auf den Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien abgelagert/aufgebracht wird und das sogenannte „Spill-over-Phänomen" (Überlauf-Phänomen) genutzt wird, um H oder D, das dissoziativ auf der Metallkomponente adsorbiert ist, auf die Oberfläche der Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien zu übertragen.
  • • Ein Verfahren zum Speichern von Wasserstoffatomen an den äußeren und/oder inneren Oberflächen von Mikromaterialien und/oder Nanomaterialien.
  • • Ein Verfahren zum Rückgewinnen von gespeicherten Wasserstoffastomen, indem Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen desorbiert wird, wie durch Desorptionsspektren belegt/bestimmt wird.
In summary, the present invention is therefore characterized inter alia by the following features and aspects:
  • Micromaterials and / or nanomaterials (eg single-wall carbon nanotubes - SWNT, multi-walled carbon nanotubes - MWNT or the like) are coated with chemisorbed atomic hydrogen H (deuterium D)
  • • micromaterials and / or nanomaterials (eg multi-walled carbon nanotubes - MWNT) with diameters set according to ei bonding strength between the surface (tube) surfaces and the chemisorbed atoms coated with chemisorbed atomic hydrogen H (deuterium D).
  • The production of H or D coated micromaterials and / or nanomaterials (such as SWNT, MWNT or the like) wherein the micromaterials and / or nanomaterials are exposed to currents of H or D atoms on a suitable substrate.
  • The manufacture of H or D coated micromaterials and / or nanomaterials (such as SWNT, MWNT or the like) wherein the micromaterials and / or nanomaterials are exposed to H or D atoms on a suitable substrate, the streams being in a suitable low temperature DC , Microwave or RF plasma were generated.
  • The production of H or D coated micromaterials and / or nanomaterials (such as SWNT, MWNT or the like) wherein the micromaterials and / or nanomaterials are immersed in a suitable low temperature DC, microwave or RF plasma.
  • The production of H or D coated micromaterials and / or nanomaterials (such as SWNT, MWNT or the like), wherein the micromaterials and / or nanomaterials are used as a hydrogen electrode in an electrochemical cell.
  • The production of H or D coated micromaterials and / or nanomaterials (such as SWNT, MWNT or the like), wherein metal is deposited on the micromaterials and / or nanomaterials and the so-called "spill-over phenomenon" is used to transfer H or D, which is dissociatively adsorbed on the metal component, to the surface of the micromaterials and / or nanomaterials.
  • A method of storing hydrogen atoms on the outer and / or inner surfaces of micromaterials and / or nanomaterials.
  • A method of recovering stored hydrogens by desorbing hydrogen at elevated temperatures, as evidenced by desorption spectra.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen die 1 bis 5 jeweils Diagramme, in denen Ergebnisse unterschiedlicher Spektroskopie-Messungen dargestellt sind.The invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings. The show 1 to 5 in each case diagrams in which results of different spectroscopy measurements are shown.

Bei dem Ausführungsbeispiel wurde Kohlenstoff-Nanomaterial in Form von Single-Walled-Carbon-Nanotubes (SWNT) auf einer pyrolytischen Graphitprobe aufgebracht (nachfolgend NT-Probe genannt) aufgebracht. Die NT-Probe wurde als Substrat für die Interaktion mit thermischen Wasserstoffatomen verwendet. Das SWNT-Material hatte eine Reinheit von ungefähr 85 wt% (Gewichtsprozent), der Durchmesser der Nanoröhrchen lag zwischen 1.2 bis 1.4 nm, und deren Länge lag im μm bis einige 10 μm – Bereich. Hauptverunreinigungen sind geringe Mengen an Nickel- und Cobalt Katalysatorpartikeln. Das Kohlenstoff-Nanomaterial zeigte eine Bündelstruktur. Die Reinheit wurde bestätigt durch EDX (in situ) und Auger-Elektronen-Spektroskopie (in situ) – Messungen, deren Ergebnisse in 1 dargestellt sind.In the exemplary embodiment, carbon nanomaterial was applied in the form of single-walled carbon nanotubes (SWNT) on a pyrolytic graphite sample (referred to below as NT sample). The NT sample was used as a substrate for interaction with thermal hydrogen atoms. The SWNT material had a purity of about 85 wt% (weight percent), the diameter of the nanotubes was between 1.2 to 1.4 nm, and their length was in the range of a few tens of μm. Major contaminants are small amounts of nickel and cobalt catalyst particles. The carbon nanomaterial showed a bundle structure. The purity was confirmed by EDX (in situ) and Auger electron spectroscopy (in situ) measurements, the results in 1 are shown.

Nachdem die NT-Probe einem zunehmenden Strom von thermischen (2000 K) Wasserstoffatomen bei 200 K ausgesetzt worden war, wurden Desorptionsspektren aufgenommen sowie eine offenbarte Desorption von molekularem Wasserstoff bei ungefähr 780 K (2a). Dieser Wasserstoff rührt her von der rekombinierten und atomaren Desorption von Wasserstoffatomen, die an den Oberflächen der Nanoröhrchen in der NT-Probe chemisorbiert sind.After exposing the NT sample to an increasing flow of thermal (2000 K) hydrogen atoms at 200 K, desorption spectra were recorded and a revealed desorption of molecular hydrogen at about 780 K ( 2a ). This hydrogen stems from the recombined and atomic desorption of hydrogen atoms that are chemisorbed on the surfaces of the nanotubes in the NT sample.

Desorptionsspektren, die aufgenommen wurden, nachdem die NT-Probe molekularem Wasserstoff ausgesetzt wurde, offenbaren hingegen nur ein Hintergrundsignal, welches herrühren mag von einer geringen Menge an metallischen Verunreinigungen, die in der NT-Probe noch von deren Herstellung verblieben sind (2b).Desorption spectra taken after the NT sample has been exposed to molecular hydrogen, on the other hand, reveal only a background signal, which may be due to a small amount of metallic impurities remaining in the NT sample ( 2 B ).

Ein Vergleich der Wasserstoff-Desorptionsspektren von pyrolytischem Graphit, der eine Wasserstoffdesorption bei 500 K aufweist (2c), oder HOPG-Oberflächen (highly oriented pyrolytic graphite) mit Desorptionsspektren von Wasserstoff von der NT-Probe (2a); zeigt eine stärkere Bindung der Wasserstoffatome an der Oberfläche der NT-Probe.A comparison of the hydrogen desorption spectra of pyrolytic graphite exhibiting hydrogen desorption at 500 K ( 2c ), or HOPG surfaces (highly oriented pyrolytic graphite) with desorption spectra of hydrogen from the NT sample ( 2a ); shows a stronger binding of the hydrogen atoms on the surface of the NT sample.

Elektronen-Verlust-Spektren (electron loss spectra), die die Oberflächen-Elektronendichte durch die π-Plasmon Anregung in dem Substrat aufspüren, sind in 3 für reine und D (Deuterium) beschichtete HOPG (3a) und NT-Proben – Oberflächen (3b) dargestellt. Das Absinken des Plasmon-Verlust-Peaks stellt die Bildung von chemischen C-D-Bindungen an den Probenoberflächen dar.Electron loss spectra that track surface electron density through the π-plasmon excitation in the substrate are shown in FIG 3 for pure and D (deuterium) coated HOPG ( 3a ) and NT samples - surfaces ( 3b ). The decrease of the plasmon-loss peak represents the formation of chemical CD bonds on the sample surfaces.

Vibrationale Spektren, die mittels High-Resolution-Electron-Energy-Loss-Spectroscopy (HREELS) erzielt wurden, sind in 4 dargestellt. Das HREELS-Spektrum von reinem HOPG zeigt die Graphit-Oberflächen-Phonon-Verluste ( 4a). Das HREELS-Spektrum von mit Wasserstoff bedecktem HOPG zeigt zusätzlich noch die Verluste, die von normalen und parallelen Schwingungen (vibrations) von chemisorbiertem Wasserstoff an HOPG herrühren (4b). Das HREELS-Spektrum von mit D bedecktem HOPG zeigt zusätzlich noch die Verluste, die von normalen und parallelen Schwingungen (vibrations) von chemisorbiertem D an HOPG herrühren (4c). Das HREELS-Spektrum von reinen NT-Proben-Oberflächen zeigt nur einen breiten Hintergrund (5a). Die HREELS-Spektren, die an H oder D beschichteten NT-Proben gemessen wurden (5b, 5c), zeigen die normalen Vibrationen von an den Nanoröhrchen in der NT-Probe adsorbiertem H oder D, und die jeweilige parallele Vibration von H.Vibrational spectra obtained by high-resolution Electron Energy Loss Spectroscopy (HREELS) are available in 4 shown. The HREELS spectrum of pure HOPG shows the graphite surface phonon loss ( 4a ). The HREELS spectrum of hydrogen-coated HOPG additionally shows the losses resulting from normal and parallel vibrations of chemisorbed hydrogen to HOPG ( 4b ). The HREELS spectrum of HOPG covered with D additionally shows the losses of normal and parallel vibrations of chemisorbed D to HOPG ( 4c ). The HREELS spectrum of pure NT sample surfaces shows only a broad background ( 5a ). The HREELS spectra measured on H or D coated NT samples ( 5b . 5c ), show the normal vibrations of H or D adsorbed on the nanotubes in the NT sample, and the respective parallel vibration of H.

Diese Spektren zeigen unzweifelhaft, dass H(D)-Atome an den Oberflächen der NT-Probe chemisorbiert werden, was sich auch schon aus den Desorptionsspektren ergeben hat.These Spectra undoubtedly show that H (D) atoms on the surfaces of the NT sample chemisorbed become, which results already from the Desorptionsspektren Has.

Interessanterweise wurden die normalen und parallelen Vibrations-Frequenzen von H(D) an der NT-Probe hin zu höheren Frequenzen verschoben, im Vergleich zu H(D) an HOPG. Das macht deutlich, dass H(D) stärker an der NT-Probe angebunden ist, als dies bei HOPG der Fall ist. Dies ist in Übereinstimmung mit den Schlüssen, die sich aus den thermischen Desorptionsspektren ziehen lassen.Interestingly, were the normal and parallel vibration frequencies of H (D) at the NT sample towards higher Frequencies shifted compared to H (D) at HOPG. That makes it clear that H (D) stronger attached to the NT sample than is the case with HOPG. This is in agreement with the conclusions, which can be drawn from the thermal desorption spectra.

Aus diesen experimentellen Daten wird deutlich, dass H und D-Atome an den Oberflächen von SWNTs adsorbieren. Nach Anlagerung von H (D) Atomen an den SWNT-Oberflächen offenbaren die gemessenen Spektren rekombinative molekular H2 (D2) und atomare H (D) Desorption zwischen 350 K (400 K) und 950 K (1000 K), mit einem Hauptpeak bei ungefähr 760 K (790 K). Die C-H(D)-Bindungsstärke ist größer als diejenige, die auf den ebenen (0001) Oberflächen von Graphit zu beobachten ist.From these experimental data, it becomes clear that H and D atoms adsorb to the surfaces of SWNTs. Upon addition of H (D) atoms to the SWNT surfaces, the measured spectra reveal recombinant molecular H 2 (D 2 ) and atomic H (D) desorption between 350 K (400 K) and 950 K (1000 K), with a major peak at about 760 K (790 K). The CH (D) bond strength is greater than that observed on the planar (0001) surfaces of graphite.

Claims (20)

Verfahren zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff an/in Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) zum Speichern von atomarem Wasserstoff: Anlagern des atomaren Wasserstoffs an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial mittels Adsorption, insbesondere mittels Chemisorption; b) zum Abgeben von atomarem Wasserstoff: Erhitzen des Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterials zum Zwecke thermischer Desorption auf eine bestimmte Desorptionstemperatur, so dass sich der atomare Wasserstoff vom Kohlenstoff-Mikro- und/oder Nanomaterial löst und anschließende Rekombination des freigesetzten atomaren Wasserstoffs zu Wasserstoffmolekülen.Method for reversibly storing atomic Hydrogen on / in carbon micro and / or nanomaterial characterized through the following steps: a) for storing atomic hydrogen: Attach the atomic hydrogen to the carbon micro- and / or Nanomaterial by adsorption, in particular by chemisorption; b) for discharging atomic hydrogen: heating the carbon micro and / or nanomaterial to Purposes of thermal desorption to a certain desorption temperature, so that the atomic hydrogen from the carbon micro and / or Nanomaterial dissolves and subsequent Recombination of released atomic hydrogen to hydrogen molecules. Verfahren nach Anspruch 1 zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff in Form von Wasserstoffatomen und/oder Deuteriumatomen.Method according to claim 1 for reversible storage of atomic hydrogen in the form of hydrogen atoms and / or Deuterium atoms. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass atomarer Wasserstoff an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial mit einer maximalen Speicherkapazität von einem Wasserstoffatom pro Kohlenstoffatom, äquivalent mit 8 Gew-%, gespeichert wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that atomic hydrogen on the carbon micro and / or nanomaterial with a maximum storage capacity of one hydrogen atom per carbon atom, equivalent with 8% by weight, is stored. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff an Kohlenstoff-Nanomaterial in Form von Nanoröhrchen (Nanotubes), insbesondere Single-Walled-Nanotubes (SWNT) oder Multi-Walled-Nanotubes (MWNT) und/oder Nanofasern und/oder Nanoshells.Method according to one of claims 1 to 3 for the reversible Storing atomic hydrogen at carbon nanomaterial in Shape of nanotubes (Nanotubes), in particular single-walled nanotubes (SWNT) or multi-walled nanotubes (MWNT) and / or nanofibers and / or nanoshells. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff an Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial in Form von orientiertem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial.Method according to one of claims 1 to 4 for the reversible Storing atomic hydrogen at carbon micro and / or Nanomaterial in the form of oriented carbon micro- and / or nanomaterial. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Atomquelle zunächst atomarer Wasserstoff erzeugt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that in at least one atomic source initially atomic hydrogen is generated. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der atomare Wasserstoff in wenigstens einer als Plasmaquelle und/oder als Wolfram-Kapillare ausgebildeten Atomquelle erzeugt wird.Method according to Claim 6, characterized that the atomic hydrogen in at least one as a plasma source and / or as a tungsten capillary formed atomic source is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial zum Anlagern von atomarem Wasserstoff einem Strom von gasförmigem atomarem Wasserstoff ausgesetzt wirdMethod according to one of claims 1 to 7, characterized that the carbon micro and / or nanomaterial for attachment of atomic hydrogen a stream of gaseous atomic hydrogen is suspended Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial zum Anlagern von atomarem Wasserstoff in die wenigstens eine Atomquelle eingetaucht wird.Method according to one of claims 6 to 8, characterized that the carbon micro and / or nanomaterial for attachment of atomic hydrogen immersed in the at least one atomic source becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anlagern von atomarem Wasserstoff an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial zunächst ein Metall auf dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial aufgebracht wird und dass der atomare Wasserstoff, der auf dem Metall adsorbiert ist, auf das Kohlenstoff-Mikro- und/oder – Nanomaterial übertragen wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized for attaching atomic hydrogen to the carbon micro and / or nanomaterial first a metal is applied to the carbon micro and / or nanomaterial and that is the atomic hydrogen that adsorbs on the metal is transferred to the carbon micro- and / or nanomaterial. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der atomare Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 150 und 300 K, insbesondere bei einer Temperatur um 200 K, an dem Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial adsorbiert wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized that the atomic hydrogen at a temperature between 150 and 300 K, in particular at a temperature of about 200 K, on the carbon micro- and / or nanomaterial is adsorbed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der desorbierte atomare Wasserstoff in der Gasphase rekombiniert wird.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the desorbed atomic hydrogen is recombined in the gas phase. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Desorption des atomaren Wasserstoffs bei Temperaturen über 350 K, insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 350 bis 1000 K, bevorzugt im Bereich von 750 bis 800 K, erfolgt.Method according to one of claims 1 to 12, characterized that the desorption of atomic hydrogen at temperatures above 350 K, in particular at temperatures in the range of 350 to 1000 K, preferably in the range of 750 to 800 K occurs. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Rekombination des atomaren Wasserstoffs frei werdende Energie weiteren Prozesse oder Prozeßschritten zur Verfügung gestellt wird.Method according to one of claims 1 to 13, characterized that released in the recombination of atomic hydrogen Energy further processes or process steps provided becomes. Wasserstoffspeicher zum reversiblen Speichern von atomarem Wasserstoff, aufweisend ein Speichermedium für die Speicherung des atomaren Wasserstoffs dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium in Form von Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial ausgebildet ist.Hydrogen storage for reversible storage of atomic hydrogen, comprising a storage medium for storage of atomic hydrogen, characterized in that the storage medium formed in the form of carbon micro and / or nanomaterial is. Wasserstoffspeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.Hydrogen storage device according to claim 15, characterized in that that means of carrying it out of the method according to any one of claims 1 to 14. Wasserstoffspeicher nach Anspruch 1.5 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium in einem Druckbehälter angeordnet ist.Hydrogen storage device according to claim 1.5 or 16, characterized in that the storage medium is arranged in a pressure vessel is. Wasserstoffspeicher nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium in Form von Pulver und/oder Agglomeraten und/oder Pellets ausgebildet ist.Hydrogen storage device according to one of claims 15 to 17, characterized in that the storage medium in the form of Powder and / or agglomerates and / or pellets is formed. Wasserstoffspeicher nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium als Kohlenstoff-Nanomaterial in Form von Nanoröhrchen (Nanotubes), insbesondere Single-Walled-Nanotubes (SWNT) oder Multi-Walled-Nanotubes (MWNT) und/oder Nanofasern und/oder Nanoshells und/oder orientiertem Kohlenstoff-Nanomaterial ausgebildet ist.Hydrogen storage device according to one of claims 15 to 18, characterized in that the storage medium as a carbon nanomaterial in the form of nanotubes (Nanotubes), in particular single-walled nanotubes (SWNT) or multi-walled nanotubes (MWNT) and / or nanofibers and / or nanoshells and / or oriented Carbon nano material is trained. Verwendung von Kohlenstoff-Mikro- und/oder -Nanomaterial, insbesondere in Form von Nanoröhrchen (Nanotubes), insbesondere Single-Walled-Nanotubes (SWNT) oder Multi-Walled-Nanotubes (MWNT) und/oder Nanofasern und/oder Nanoshells und/oder orientiertem Kohlenstoff-Nanomaterial, als Speichermedium für atomaren Wasserstoff.Use of carbon micro and / or nanomaterial, especially in the form of nanotubes (Nanotubes), in particular single-walled nanotubes (SWNT) or multi-walled nanotubes (MWNT) and / or nanofibers and / or nanoshells and / or oriented carbon nanomaterial, as a storage medium for atomic Hydrogen.
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