Development of hydrogen storage systems using Sodium alanate

Abstract

Hydrogen storage systems based on sodium alanate are studied, modelled, and optimised, on the basis of both experimental and theoretical approaches. The experimental hydrogen sorption behaviour (kinetics, heat transfer and cycling) of small cells up to kg-scale storage tanks is compared and analysed. In particular the effect of the size of the system, powder compaction, and addition of expanded graphite on the sorption behaviour is investigated and characterized. In order to implement simulations and further evaluations, empirical kinetic models for both hydrogen absorption and desorption of sodium alanate material are developed. The hydrogen sorption process in a storage tank is modelled on the basis of the developed kinetic equations and hydrogen transport and heat transfer equations, and a numerical simulation is developed and validated with the experimental results previously obtained in this work. Optimisation towards the gravimetric hydrogen storage capacity of a tubular storage tank based on sodium alanate is defined and performed by means of the numerical simulation and the experimental results of this work.

Durch experimentelle und theoretische Methoden wurden Natriumalanat-Wasserstoffspeichertanks untersucht, modelliert und optimiert. Das experimentelle Sorptionsverhalten (Kinetik, Wärmeübertragung, Zyklierung) von kleinen Zellen bis hin zu Speichertanks im kg-Maßstab ist verglichen and analysiert worden. Hierbei wurde insbesondere der Einfluss von der Große des Systems, Materialkompaktierung, und Zusatz von expandiertem Graphit auf das Sorptionsverhalten erforscht und charakterisiert. Zu weiteren Evaluierungen und Simulationen wurden empirische kinetische Modellen sowohl für Absorption als auch Desorption für den Fall von Natriumalanat als Speichermaterial entwickelt. Der Wasserstoffsorptionsprozess in Speichertanks wurde modelliert mit Hilfe des entwickeltes kinetischen Gleichungen und Wasserstofftransport- und Wärmeübertragungsgleichungen, und eine numerische Simulation entwickelt und durch in dieser Arbeit gefundenen experimentellen Ergebnisse validiert. Mit Hilfe der erzielten Ergebnisse und der Simulation wurde das Design eines auf Natriumalanat basierenden Wasserstoffspeichertanks in Bezug auf die gravimetrische Kapazität optimiert.