Wasserstoffspeicherung in Magnesiumclustern: Quantenchemische Studie

Magnesiumhydrid ist preiswert und enthält 7,7 Gew.-% Wasserstoff, was es zu einem der attraktivsten Wasserstoffspeichermaterialien macht. Die Thermodynamik diktieren jedoch, dass die Wasserstoffdesorption aus massiven Magnesiumhydrid nur bei oder über 300 Grad C erfolgt, was ein erhebliches Hindernis für die praktische Anwendung darstellt. Einige Ergebnisse in der Literatur, die sich auf ungeordnete Materialien und sehr dünne Schichten beziehen, weisen darauf hin, dass niedrigere Desorptionstemperaturen möglich sind. Wir haben systematisch den Einfluss der Kristallkorngröße auf die thermodynamische Stabilität von Magnesium und Magnesiumhydrid untersucht, wobei wir ab initio Hartree-Fock- und Dichtemethode-Berechnungen verwendet haben. Auch die schrittweise Desorption von Wasserstoff wurde im Detail verfolgt. Wie erwartet, werden sowohl Magnesium als auch Magnesiumhydrid mit abnehmender Clustergröße weniger stabil, insbesondere für Cluster mit weniger als 20 Magnesiumatomen. Magnesiumhydrid destabilisiert jedoch stärker als Magnesium. Infolgedessen sinkt die Wasserstoffdesorptionsenergie erheblich, wenn die Kristallkorngröße kleiner als etwa 1,3 nm wird. Beispielsweise entspricht eine MgH2-Kristallit-Größe von 0,9 nm einer Desorptionstemperatur von nur 200 Grad C. Diese vorhergesagte Abnahme der Wasserstoffdesorptionstemperatur ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Anwendung von Mg als Wasserstoffspeichermaterial.