Binäre Hydride leichter Metalle als mögliche Wasserstoffspeichermaterialien

Energiespeicherung ist ein zentrales Thema der Energiewende, denn nur wenn es vielversprechende Lösungen zur Speicherung gibt, wird es möglich sein, den Einsatz von volatilen Energiequellen zu steigern. Die Akkumulation von Energie in verschiedenen Formen ist zudem besonders bedeutsam für die Elektromobilität.

Eine Möglichkeit, Energie zu speichern, stellen Brennstoffzellen dar. Am Lehrstuhl für Metallorganische Chemie und Institut für Anorganische Chemie, unter der Leitung von JARA-ENERGY Mitglied Prof. Jun Okuda, werden daher Wasserstoffspeichermaterialien untersucht, um die Speicherung von Energie zukünftig zu ermöglichen.

Binäre Hydride leichter Metalle wie Magnesiumdihydrid MgH2 (7.6 Gew.-%) haben jüngst Bedeutung als mögliche Wasserstoffspeichermaterialien erlangt, da sie reversibel Wasserstoff aufnehmen und freisetzen können. Solche Verbindungen haben das Potenzial, als robuste Wasserstoffspeichermaterialien in die Anwendung zu kommen, vor allem für mobile Anwendungen, zum Beispiel in Brennstoffzellen.

Bis heute ist jedoch ungeklärt, welche chemischen Prozesse in solchen Festkörpermaterialien tatsächlich ablaufen. Die Aufnahme- und Abgabereaktion des Wasserstoffs an einem Metall entspricht einer Redoxreaktion, wobei Wasserstoff bei der Aufnahme als Oxidationsmittel und bei der Abgabe das Hydrid als Reduktionsmittel fungiert. Eine Katalyse durch Fremdmetalle ist auch möglich. Um die Thermodynamik und besonders die Kinetik zu beeinflussen, wird vermutet, dass Nanocluster mit relativ kleiner Aggregatgröße bessere Speichereigenschaften, vor allem niedrigere Freisetzungstemperaturen (TZers. = 284 °C), aufweisen würden. Unter Nutzung eines makrozyklischen Liganden konnten sowohl Clusterverbindungen bis zu 13 Magnesiumionen (TZers. = 197 °C) als auch ein einkerniges Magnesiumhydrid (TZers. = 122 °C) synthetisiert und charakterisiert werden.

D. Martin et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4115-4118.

Weitere Informationen stehen auf der Website des Lehrstuhls für Metallorganische Chemie zur Verfügung.