2_Hydrogen_energy,_economy_and_storage_Review_and_recommendation.pdf

Artículo de revisión
E. Ajenifuja
, OM Popoola
API Popoola
JO Abe a,b,* ,
,
CienciaDirecta
C
a
b
resumen
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información del artículo
Disponible en línea en www.sciencedirect.com
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revista internacional de energía de hidrógeno xxx (xxxx) xxx
Contenido
Energía, economía y almacenamiento de hidrógeno:
revisión y recomendación
Centro de Energía y Energía Eléctrica, Universidad Tecnológica de Tshwane, Pretoria, Sudáfrica
Departamento de Ingeniería Química, Metalúrgica y de Materiales, Universidad Tecnológica de Tshwane, PMB
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.068
0360-3199/© 2019 Publicaciones de energía de hidrógeno LLC. Publicado por Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.
Centro de Investigación y Desarrollo Energético, Universidad Obafemi Awolowo, Ile-Ife, Nigeria
X680, Pretoria, Sudáfrica
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00
Energía del hidrógeno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00 Economía
del hidrógeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00 Almacenamiento de
hidrógeno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00
* Autor correspondiente. Departamento de Ingeniería Química, Metalúrgica y de Materiales, Universidad Tecnológica de Tshwane, PMB
nanoconfinamiento
30 marzo 2019
Cite este artículo como: Abe JO et al., Energía, economía y almacenamiento de hidrógeno: revisión y recomendación, International Journal of Hydrogen Energy, https://doi.org/10.1016/
j.ijhydene.2019.04.068
Recibido en forma revisada
Nanoestructuración
Disponible en línea xxx
Aceptado el 6 de abril de 2019
© 2019 Publicaciones de energía de hidrógeno LLC. Publicado por Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.
Almacenamiento de hidrógeno
La economía del hidrógeno es un sistema propuesto en el que el hidrógeno se produce y utiliza ampliamente como vector de energía
primaria. El desarrollo exitoso de la economía del hidrógeno significa innumerables ventajas para el medio ambiente, la seguridad
energética, la economía y los usuarios finales. Una clave importante para desarrollar por completo la economía del hidrógeno es el
almacenamiento de hidrógeno seguro, compacto, ligero y rentable. El sistema de almacenamiento en estado gaseoso convencional
como gas hidrógeno presurizado y el sistema de almacenamiento en estado líquido plantean problemas de seguridad y costo para las
aplicaciones a bordo; por lo tanto, no satisfacen los objetivos futuros de una economía del hidrógeno. Afortunadamente, los sistemas
de almacenamiento de estado sólido basados en hidruros metálicos han demostrado un gran potencial para almacenar hidrógeno en
grandes cantidades de una manera bastante segura, compacta y repetidamente reversible y, por lo tanto, se han convertido en una
opción cada vez más atractiva para las aplicaciones de hidrógeno. Sin embargo, la viabilidad tecnoeconómica de los sistemas de
almacenamiento de hidrógeno aún no se ha concretado, ya que ninguno de los hidruros metálicos actuales cumple con todos los
criterios esenciales para una economía práctica del hidrógeno, principalmente debido a la baja capacidad de almacenamiento de
hidrógeno, la cinética lenta y las temperaturas inaceptables de absorción/absorción de hidrógeno. desorción Este artículo ofrece una
breve revisión del hidrógeno como portador de energía sostenible ideal para la economía futura, su almacenamiento como piedra de
tropiezo, así como la posición actual del almacenamiento de hidrógeno en estado sólido en hidruros metálicos y hace una
recomendación basada en los más prometedores. descubrimientos novedosos realizados en el campo en los últimos tiempos que
sugieren un avance prospectivo hacia una economía del hidrógeno.
Economía del hidrógeno
Palabras clave:
Catálisis
Recibido el 16 de enero de 2019
Dirección de correo electrónico: johnabe.fm@gmail.com (JO Abe).
Historial del artículo:
Hidruros metálicos
X680, Pretoria, Sudáfrica.
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La energía es una parte integral de nuestra vida cotidiana y se requiere
para realizar prácticamente todas las actividades humanas. Sin embargo,
todavía damos por sentada la energía de alguna manera mientras la crisis
energética va en aumento [1e3]. Los combustibles fósiles como el
petróleo, el gas natural y el carbón proporcionan más del 80 % de toda la
energía que se consume a nivel mundial [3e8]. La población en expansión
del mundo y el deseo incesante de los seres humanos por mejorar su
nivel de vida continúan dando lugar a una gran demanda de energía
desde 1950. Se prevé que el consumo mundial de energía alcance su
clímax en 2035, mientras que se prevé que la economía mundial entre en
un largo depresión después de 2040 [3,5,9e12]. En gran medida, las
principales economías del mundo actual dependen de los combustibles
fósiles. Sin embargo, la dependencia excesiva de los combustibles fósiles
se ha convertido en un desafío global crítico en la economía actual,
porque están disminuyendo a un ritmo acelerado [4e6,9,13e15]. Se
especuló que las reservas actuales de combustibles fósiles pueden
soportar un máximo de 40 años para el petróleo, 60 años para el gas
natural y 156 años para el carbón [17]. El mundo experimentó una gran
sorpresa en 2008 cuando los precios del petróleo se dispararon (Hirscher,
2009) [18]. Con el nivel de la tasa de consumo actual, la perspectiva es
que estos combustibles sigan teniendo un precio elevado y, si no se tiene
cuidado, se agoten pronto [4,6]. En consecuencia, el aumento en el
consumo de energía y el agotamiento de las reservas de combustibles
fósiles presentan un peligro para la energía y la seguridad económica en
todo el mundo, además del hecho de que no son amigables con el medio
ambiente, porque liberan gases de efecto invernadero y otros
contaminantes que son los principales contribuyentes al calentamiento del planeta. [1,3,4,6,12,13,15,19,20].
Conclusión y recomendación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00
Reconocimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00
Desde el punto de vista antropogénico, la humanidad está llegando a
una era en la que, si no se hace nada serio para mitigar el desafío
energético actual, la vida en el planeta Tierra será insoportable desde el
punto de vista económico y sanitario debido a los problemas de salud
crónicos que emanan de la peligrosa contaminación del aire. Por lo tanto,
ahora se reconoce la necesidad de reevaluar la dependencia actual de
los combustibles fósiles [2,6,13,18,21,22]. Muchos científicos e ingenieros
han llegado a un acuerdo con el hecho de que el suministro de energía
ambientalmente limpia, barata y más sostenible bajo demanda para
reemplazar el sistema de combustibles fósiles existente podría resolver
estos problemas energéticos globales [5,6,12,16,20,23] . Por lo tanto, la
visión del futuro de la energía sostenible exige:
Después de numerosas consideraciones, el hidrógeno, debido a sus
propiedades sobresalientes, emergió como un portador de energía
sostenible ideal para el futuro [10,13,21,22,25e31]. El concepto de emplear
hidrógeno como portador de energía data de hace más de dos siglos,
pero se acentuó después de la crisis energética mundial de la década de
1970 con los avances tecnológicos de la década de 1980 [30,32].
El hidrógeno se considera en gran medida como un combustible limpio
rentable potencial para la economía futura debido al hecho comprobado
de que es: (i) el elemento más abundante en el universo (constituye más
ÿ comprobar la seguridad del suministro
energético; ÿ introducción del uso de recursos energéticos locales
sostenibles; ÿ reducción de las emisiones globales de dióxido de carbono;
ÿ mejora significativa de la calidad del aire urbano; y ÿ creación de una
nueva base energética industrial y tecnológica, esencial para la
prosperidad de la economía futura [1,14].
El tema del hidrógeno como energía potencial de la economía futura ha
sido tema de investigación en el campo durante bastante tiempo. La
densidad extremadamente baja del hidrógeno hace que su almacenamiento
sea una cuestión técnica a resolver para lograr una economía orientada
al hidrógeno [3,10,11,14,24,31,33,34]. En general, el hidrógeno se puede
almacenar como gas presurizado, líquido criogénico o unido física o
químicamente a un material de estado sólido apropiado [3,21,25,31,32,40].
Entre estos sistemas de almacenamiento, los sistemas de almacenamiento
en estado sólido basados en hidruros metálicos muestran mayores
potencialidades de alta capacidad gravimétrica para el almacenamiento
de hidrógeno de forma bastante segura, eficiente, compacta y
repetidamente reversible y, por tanto, ganando protagonismo
paulatinamente para las aplicaciones del hidrógeno [11, 21,31,34e36].
Hasta el momento, ninguno de los hidruros metálicos presentados ha
cumplido con todos los requisitos necesarios para una economía de
hidrógeno, principalmente debido a la baja capacidad de almacenamiento
de hidrógeno, la cinética lenta y las temperaturas irrazonables de
absorción de hidrógeno [11,31,37e45]. La presente revisión analiza
lacónicamente la energía del hidrógeno, la economía del hidrógeno, el
almacenamiento de hidrógeno, la posición actual del almacenamiento de
hidrógeno en estado sólido en hidruros metálicos y finalmente hace una
recomendación basada en nuevos desarrollos prometedores en el campo
que sugieren un avance prospectivo para las aplicaciones prácticas del almacenamiento d
Sistema de almacenamiento en estado gaseoso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
00 Sistema de almacenamiento en estado líquido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
00 Sistema de almacenamiento de estado sólido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
00 Hidruros metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00
Avances recientes en la mejora del almacenamiento de hidrógeno en hidruros metálicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00
Catálisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00 Aleación
con otros elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00
Nanoestructuración. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00
Nanoconfinamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00
Cite este artículo como: Abe JO et al., Energía, economía y almacenamiento de hidrógeno: revisión y recomendación, International Journal
of Hydrogen Energy, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.068
Energía de hidrógeno
Introducción
2

120.04
Reformulado o Bajo en Azufre
26.95
42.78
Hidrógeno líquido
47,13
48,62
45.53
23.96
metanol
46.52
55.19
Gas Natural Licuado (GNL)
22.73
29.86
20.09
119.96
46.60
Gasolina convencional
Diésel bajo en azufre
Gasolina (RFG)
141.88
42.35
45.76
Carbón bituminoso (base húmeda)
52.21
Gas natural
50.14
42.60 45.56
50.94
Diésel convencional
46.89
Gas sin gas (en refinerías)
45.42
26.12
22.88
Carbón coquizable (base húmeda)
27.26
Etanol 29.84
Gas Licuado de Petróleo (GLP)
Petróleo crudo 42.68
Hidrógeno gaseoso
141.77
28.60
Carbón (base húmeda)
43.44
Energía de hidrógeno, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.068
Cite este artículo como: Abe JO et al., Energía, economía y almacenamiento de hidrógeno: Revisión y recomendación, International Journal of
el mundo de hoy, incluyendo: (i) problemas ambientales globales, (ii)
energía hidráulica, eólica, undimotriz, solar, biomasa y geotérmica
hidrógeno en 2040 [1]. Por otro lado, el Departamento de EE.
energía en calor y luego calor en energía mecánica,
motores de combustión en automóviles, se presume que
Tabla 1 e Comparación de algunos contenidos energéticos seleccionados
cálculos que la energía contenida en 1 kg de hidrógeno es
Becherif et al. [25] discutió más beneficios derivados de
El sistema de energía del hidrógeno se ha enfrentado a importantes obstáculos
científicos, tecnológicos y socioeconómicos. La densidad extremadamente baja del
hidrógeno hace que su almacenamiento sea un asunto crítico
o valor calorífico) de cualquier combustible, (iii) sostenible, (iv) no tóxico,
Durante décadas, el almacenamiento de hidrógeno ha estado en la corriente principal de
Más bajo
sistemas de almacenamiento de hidrógeno móviles y estacionarios para prosperar.
seguridad en todo el mundo [7,18,24,40,52]. Comisiones Grupo de Alto Nivel para Hidrógeno y Pilas de Combustible
con miras a sustituir los actuales combustibles fósiles utilizados en
al hecho de que el hidrógeno puede ayudar a abordar la creciente demanda de
energía y frenar el cambio climático global
Combustible
la conversión a vehículos de pila de combustible impulsados por hidrógeno debe
abrumador y exitoso desarrollo del hidrógeno
transporte, en sistemas de generación de energía mediante pilas de combustible,
investigación de las naciones tecnológicamente más progresistas del
hidrógeno, incluyendo: (i) seguridad de la energía a través de la caída de las
importaciones de petróleo, (ii) sostenibilidad mediante la maximización de las energías renovables
de Eficiencia Energética y Energías Renovables de Energía, Fossil
el agotamiento de los recursos naturales, (iii) la escasez de alimentos y la
desnutrición en las naciones del tercer mundo, y (iv) el creciente crecimiento de la
población mundial. A pesar de que los problemas
renovables y no renovables como el carbón, el gas natural y
Se cree que la división móvil es la cantidad más alta
Las tecnologías sugirieron que la Unión Europea en 2050
sector transporte, industrial, residencial y comercial.
en la transición [10,11,24,31,34,56,57]. Aunque el hidrógeno es
unos 120 MJ (¼33,33 kWh), que supera el doble de la mayoría
Contenido energético [MJ/kg]
tendrá lugar alrededor de 2020 [14,60,61].
economía significa enormes ventajas para el medio ambiente, la seguridad
energética, la economía y los consumidores finales
en turbinas de motores de combustión interna
y (v) a diferencia del petróleo, el gas natural o el carbón, es como portador de
energía, ambientalmente agradable y benéfico con
valor de calentamiento
gases y emisiones de óxido en el uso, y (iv) viabilidad económica para la futura
prosperidad de la economía mundial. Por estas razones,
tan fascinante que los gobiernos de diferentes naciones
utilizó el término “economía del hidrógeno” durante su presentación en
[13,31,58,62,63]. Además, el almacenamiento de hidrógeno es clave
Usado típicamente por refinerías e industrias químicas, sus costos de producción,
almacenamiento y entrega son demasiado altos e inaceptables para la mayoría de
las aplicaciones energéticas [11,27,40,58,59].
combustibles convencionales [39,47e50]. La tabla 1 muestra la comparación
mundo. La motivación detrás del movimiento es la credibilidad otorgada
fuentes, (iii) reducción de la contaminación y mejora de las
Se ha propuesto que la economía del hidrógeno es un método muy refinado y
agua como único producto de escape en la conversión a energía.
consumidor de hidrógeno en la futura economía del hidrógeno.
Una idea hipotética de un sistema en el que el hidrógeno es el principal portador
de energía se llama Economía del Hidrógeno o
debería alcanzar una economía basada en el hidrógeno y estima que
Más alto
o
[6,8,11,13,23,24,32,46,53e55]. A pesar de las ventajas innegables,
[3,11,12,16,22,24,25,30e33,38e40,46]. El hidrógeno tiene un
Las pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEMFC) sustituirán
a los motores convencionales en el caso de una economía basada en el hidrógeno.
A diferencia de un motor que convierte productos químicos
de combustibles [51].
El hidrógeno se ha presentado como una solución clave para el desafío energético
actual y el calentamiento del planeta que en todo el mundo están invirtiendo inmensamente para mejorar
1970 en el Centro Técnico de General Motors (GM). El primario
del 90% de todos los átomos), (ii) el elemento más ligero (molecular
tecnología habilitadora para una energía de hidrógeno sostenible
Sistema de Energía de Hidrógeno. John Bockris fue la primera persona en
El 35% de los vehículos de nueva producción serán alimentados con cero emisiones de carbono
No obstante, los enormes beneficios de la economía del hidrógeno son
del contenido energético del hidrógeno y otros combustibles alternativos.
calidad del aire por la generación de casi cero emisiones de carbono, efecto invernadero
Aunque el hidrógeno tiene propiedades decentes para alimentar
valor de calentamiento
En línea con la visión de energía sostenible de nuestro futuro,
rápida conversión del sistema de energía de combustibles fósiles a un
respuesta duradera a los problemas interconectados que enfrenta
El hidrógeno se puede generar tanto a partir de fuentes renovables como
desarrollo esencial para la prosperidad de la economía futura [21,39,60,64,65]. La
economía del hidrógeno requiere tanto
amenaza con paralizar la seguridad energética y el medio ambiente
El objetivo de una economía del hidrógeno es que el hidrógeno se produzca en
gran medida a partir de fuentes de energía que estén fácilmente disponibles.
peso ¼ 2.016) con mayor contenido energético conocido (calorífico
increíble capacidad de almacenamiento de energía y se ha demostrado desde
las perspectivas del sistema energético [32]. En 2003, la Unión Europea
Las Oficinas de Energía, Energía Nuclear y Ciencia propusieron que
asociados con la economía de combustibles fósiles son de hecho graves y
fuentes de energia nuclear Puede almacenarse como combustible y utilizarse en
Almacenamiento de hidrógeno
Economía del hidrógeno
revista internacional de energía de hidrógeno xxx (xxxx) xxx 3

Sistema de almacenamiento en estado gaseoso
3e5
mín. presión de entrega del tanque Presión
máxima de entrega del tanque Tasas de
carga/descarga
333
1500
1500
1.8
8
[kWh/kg]
9
3e5
[$/kg H2]
Capacidad gravimétrica basada en materiales
0.065
40/60 (dom)
40/85
Capacidad volumétrica basada en el sistema
Capacidades de almacenamiento
0.055
266
Cumple o supera los estándares aplicables, por ejemplo, SAE J2719 (99,97 seco
Costo del sistema de almacenamiento (y costo del combustible)
1.0
5
[kgH2/kg sistema]
300
1500
Capacidad gravimétrica basada en el sistema
[kWh/L]
40/60 (dom)
40/85
2.2
[o
C]
[o C]
[ciclos]
[bar] [bar]
[min]
base)
1.7
5
Capacidad gravimétrica
Durabilidad/Operabilidad
0.030
[kgH2/L sistema]
40/60 (sol)
12
[%H2]
1.5
Tiempo de llenado del sistema (para 4e10 kg)
1.3
5
Capacidad volumétrica
Temperatura ambiente de funcionamiento
Temperatura de entrega mín./máx. Vida
útil del ciclo (1/4 del tanque lleno)
10
3e5
0.045
0.050
12
Capacidad volumétrica basada en materiales
[$/kWh neto]
40/85
Pureza del combustible (H2 del almacenamiento)
0.040
12
de peso y volumen no son tan graves en comparación con
asegurado Otros aspectos importantes de los requisitos para el almacenamiento de
hidrógeno a bordo incluyen baja presión de operación, baja
[3,25,31,32,40,74].
algo largo, el hidrógeno comprimido podría almacenarse en grandes
Los objetivos del Departamento de Energía (DOE) para los requisitos de almacenamiento
de hidrógeno para aplicaciones móviles identifican la importancia
humedad para una larga vida útil, bajo costo de reciclaje y carga
35 MPa y 70 MPa. Hipotéticamente, entre el 11 y el 13% de los
2025
producto de escape, y capaz de reducir los gases de efecto invernadero
muy deseado para el almacenamiento de hidrógeno adecuado. Sin embargo, si
almacenamiento de energía [73]. El hidrógeno podría almacenarse en múltiples
y genera otro problema para la futura reducción de costos en
Aun así, los materiales inadecuados para los tanques de almacenamiento son un problema importante.
necesario para la liberación de hidrógeno, baja disipación de calor durante
almacenamiento en forma de gas hidrógeno presurizado. Como anteriormente
Unidad
el contenido de energía de hidrógeno se ve afectado negativamente por la presurización
[54]. Debido a su extrema ligereza, hay posibilidades de que
aplicaciones móviles. Los sistemas estacionarios de almacenamiento de hidrógeno pueden
temperatura de funcionamiento entre, cinética rápida de hidrógeno
el almacenamiento es demasiado pesado, el alcance del vehículo se verá restringido
maneras, aunque con sus fortalezas y debilidades identificadas
contraste con recipientes de acero o aluminio [18,35,52,54,61,67,68].
de la capacidad de almacenamiento tanto gravimétrica como volumétrica. Aquí,
infraestructuras, alta seguridad en condiciones de operación y
revés técnico contra el desarrollo de estacionario
la formación exotérmica de hidruros, pérdida de energía limitada durante
dicho, el hidrógeno tiene una densidad muy baja de 0,089 kg/m3 ,
Último
emisiones, uso actual de energía y dependencia de combustibles fósiles
mientras que la capacidad volumétrica de almacenamiento transmite la cantidad de
para el almacenamiento de hidrógeno a bordo para vehículos ligeros de pilas de combustible
hidrógeno. Sin embargo, el compuesto de plástico reforzado con fibra de carbono
La capacidad gravimétrica de almacenamiento se refiere a la cantidad de
aceptación pública [11,14,21,24,31,59,62,68e70]. La tabla 2 muestra
bajo alta presión puede producirse una fuga de hidrógeno de los recipientes que lo
contienen. Los materiales de acero y aluminio se utilizan para
[3,11,16,24,59,66]. Sin embargo, tanto los sistemas de almacenamiento móviles como
los estacionarios tienen sus requisitos y desafíos peculiares.
y si el almacenamiento es demasiado voluminoso, el espacio para el equipaje será
[52]. Hay tres tipos básicos de sistemas de almacenamiento de hidrógeno.
Además, los científicos e ingenieros están explorando otros
Sistemas de almacenamiento de hidrógeno. Por otro lado, los requisitos de
almacenamiento de hidrógeno de las aplicaciones móviles son muy exhaustivos en
carga y descarga de hidrógeno, reversibilidad multiciclo de
debido a esto su almacenamiento requiere alta presión o extremadamente
Parámetro de almacenamiento
almacenamientos subterráneos en formaciones geológicas adecuadas como
PEMFC transforma directa y eficientemente la energía química
hidrógeno gaseoso contenido en un volumen dado de material de almacenamiento
a partir de 2020.
recipiente con fuerza adecuada y resistencia al impacto para
disponible según el tamaño del almacenamiento y el área de aplicación, a saber,
sistemas de almacenamiento en estado sólido, líquido y gaseoso
opciones más económicas y prácticas. Si la cantidad de hidrógeno a almacenar es
grande o el tiempo de almacenamiento es
gas hidrógeno que un peso dado de material de almacenamiento puede generar
una descripción general de algunos de los nuevos objetivos del sistema técnico del DOE
absorción/liberación de hidrógeno, alta estabilidad frente al oxígeno y
bajas temperaturas [11,35,39,52,59]. En la actualidad, las aplicaciones actuales de pilas
de combustible requieren que el hidrógeno se presurice entre
el tipo tradicional de recipientes de almacenamiento para fines comerciales
2020
En cuanto a aplicaciones estacionarias, problemas de almacenamiento de hidrógeno
restringida también. En otras palabras, el equilibrio efectivo debe ser
de combustible de hidrógeno en energía eléctrica con el agua como único
como se ve en la Tabla 2 a continuación. Los valores altos de ambos parámetros son
La química estable del hidrógeno deja espacio para un período prolongado
la seguridad durante las colisiones, es una solución más ligera pero demasiado costosa
contraste con las aplicaciones estacionarias [11,24,67]. Los Estados Unidos
ocupan más espacio, funcionan a altas temperaturas y presiones y cuentan con
capacidad adicional para compensar la cinética lenta.
absorción/liberación, bajo calor de formación para minimizar la energía
El sistema de almacenamiento de hidrógeno más establecido es físico
Tabla 2 e Descripción general de algunas partes seleccionadas de los objetivos del sistema técnico del DOE de EE. UU. para el almacenamiento de hidrógeno a bordo para
vehículos livianos con celdas de combustible [11,25,71,72].
4 revista internacional de energía de hidrógeno xxx (xxxx) xxx

Sistema de almacenamiento en estado líquido
Sistema de almacenamiento de estado sólido
En vista de la economía del hidrógeno, los sistemas de almacenamiento
deben ser muy seguros, eficientes, económicos, ligeros y compactos
[11,21,38,39,59,76,79,80]. Por otro lado, se mencionó anteriormente que el
gas de hidrógeno presurizado convencional y el hidrógeno líquido criogénico
requieren mucho espacio, un sistema de almacenamiento voluminoso y
tienen problemas de seguridad además de un alto costo; por lo tanto, no
logran satisfacer los objetivos futuros de una economía del hidrógeno
[21,34,40,57]. Es obvio que el almacenamiento de hidrógeno necesita un
avance más técnico, probablemente en la opción más factible en contraste
con el gas de hidrógeno presurizado y el hidrógeno líquido criogénico.
Específicamente, para un vehículo de pila de combustible, el almacenamiento
de suficiente hidrógeno a bordo es un gran obstáculo que superar. A
cavernas de domos de sal. El almacenamiento de hidrógeno en cavernas de
sal es una perspectiva deseable para el almacenamiento estacional de
hidrógeno a presiones elevadas y el hidrógeno puede liberarse dentro de un
período apropiado. Las cavernas de sal son extremadamente impermeables
al hidrógeno, incluso bajo altas presiones y evitan eficazmente las fugas. En
días de calma o nublados, cuando la energía solar y eólica no son tan activas,
el hidrógeno podría recuperarse de las cavernas y quemarse en una planta
de energía de ciclo combinado que genera electricidad. Durante bastante
tiempo, no hubo infraestructuras adecuadas que pudieran quemar hidrógeno
puro de manera efectiva, pero en los últimos tiempos se están desarrollando
este tipo de infraestructuras [27e29,54,75e78]. Uno de los ejemplos más
recientes es el proyecto de almacenamiento subterráneo de hidrógeno en
Rumanía, que forma parte del proyecto de evaluación europeo denominado
HyUnder project, apoyado por FCH JU (Fuel Cell and Hydrogen Joint
Undertaking). Este proyecto tiene como objetivo facilitar el almacenamiento
de suficiente hidrógeno bajo tierra en cavernas de sal para su uso potencial,
especialmente en la industria química, el sector del transporte y la industria
de la sal [27,29,77,78].
Sin embargo, entre los hidruros, los hidruros metálicos han sido reconocidos
como una de las soluciones más viables para almacenar hidrógeno. Los
hidruros metálicos prometen vincular el hidrógeno con el futuro almacenamiento
económico del hidrógeno [3,21,34,40,42,70,86,87]. Los
avances en la tecnología de hidruros
metálicos demuestran que
los hidruros metálicos ofrecen una gran oportunidad para que el hidrógeno
se almacene con un alto grado de seguridad, reversibilidad de la hidrogenación/
deshidrogenación, densidades volumétricas de energía del hidrógeno,
equipos de baja presión y bajos requisitos de energía tanto para equipos
móviles como móviles. aplicaciones estacionarias [3,11,45,88]. En la última
década, las políticas gubernamentales
Debido al bajo punto de ebullición del hidrógeno líquido, su tecnología de
refrigeración requiere temperaturas muy bajas que consumen alrededor del
30 % de su contenido energético total [17,33]. Por lo tanto, los recipientes
especiales de doble pared equipados con buenos sistemas de aislamiento
son esenciales para mitigar las fugas de calor. Por lo tanto, los recipientes a
presión criogénicos más compactos y livianos brindan mejores ventajas de
seguridad que los recipientes de hidrógeno comprimido. Sin embargo, la
evaporación persistente del hidrógeno y el exceso de energía requerida para
la licuefacción restringen el uso potencial de los sistemas de almacenamiento
de hidrógeno líquido a aplicaciones que requieren una alta densidad de
energía, así como a usos en los que el costo del hidrógeno no importa y su
consumo está dentro de unos corto plazo, los ejemplos incluyen aplicaciones
aéreas y espaciales y automotrices [7,17,29,30,41].
En los sistemas de almacenamiento en estado sólido, el hidrógeno se
almacena por fisisorción o quimisorción [11,31,34,35,40,68]. En la fisisorción,
hidrógeno molecular adsorbido en superficies de sólidos por interacciones de
van der Waals, como en materiales a base de carbono: nanotubos de carbono,
fibras, fullerenos, carbón activado, zeolitas, estructuras organometálicas
(MOF), así como estructuras orgánicas covalentes (COFs) y más
recientemente polímeros de microporosidad intrínseca (PIMs). A continuación,
el hidrógeno puede liberarse siempre que sea necesario mediante estimulación
térmica o cualquier otra técnica adecuada. Aunque la reversibilidad y la
cinética rápida hacen que estos materiales sean opciones atractivas, la baja
capacidad de almacenamiento de hidrógeno en condiciones ambientales y el
requisito de temperaturas extremadamente bajas para una alta capacidad de
almacenamiento de hidrógeno imponen restricciones terribles en el uso de
estos materiales en lo que respecta a la aplicación práctica.
[2,11,21,31e33,35,37,39,42,70,81]. Por otro lado, la quimisorción está en
forma de hidrógeno atómico que reacciona químicamente con sólidos para
formar hidruros (hidruros metálicos, complejos y químicos). Si bien se han
desarrollado y probado varios prototipos de recipientes de hidruros complejos,
en su mayoría con NaAlH4 y Mg(NH2)2eLiH , con densidades de energía
altas confirmadas, la complejidad de las reacciones de hidrogenación y
deshidrogenación de los hidruros complejos y la deficiencia de reversibilidad
actualmente dificultan las aplicaciones potenciales. [31,33,37,39,81,82]. De
manera similar, los hidruros químicos brindan densidades de energía más
altas en comparación con otros hidruros porque generalmente están
compuestos de elementos más livianos, además del hecho de que pueden
liberar hidrógeno fácilmente en condiciones de operación relativamente
moderadas. Por ejemplo, el borohidruro de sodio (NaBH4) puede proporcionar
un rendimiento de hidrógeno teórico relativamente alto (10,8 % en peso) a
través de la reacción de hidrólisis, que se desarrolla en un medio acuoso con
un catalizador. Desafortunadamente, el uso de la hidrólisis para la generación
de hidrógeno a bordo está restringido por el exceso de calor generado durante
la reacción y las reacciones de deshidrogenación no son reversibles, es decir,
los combustibles se consumen directamente. Además, los subproductos
resultantes deben regenerarse fuera del vehículo [3,21,33,37,39,61,83e85].
Otro método de almacenamiento físico de hidrógeno es en forma de líquido
criogénico. El almacenamiento como líquido viene con una mayor densidad.
El hidrógeno líquido tiene una densidad de aproximadamente 71 g/L en su
punto de ebullición normal de 20 K, que es aproximadamente 1,8 veces la
densidad del hidrógeno presurizado hasta 70 MPa a 288 K.
a
Para lograr este objetivo, actualmente se está prestando mucha atención al
almacenamiento de hidrógeno en materiales de estado sólido. Los materiales
de estado sólido pueden absorber y liberar hidrógeno de manera reversible,
lo que los posiciona como una opción ventajosa ya que no se agotan
inmediatamente [11,13,21,25,26,33e35,37,68]. La explotación de los
potenciales de almacenamiento de hidrógeno de los nuevos sistemas de
estado sólido quizás marque el comienzo de un cambio significativo en el
paradigma defectuoso del almacenamiento de hidrógeno y tenga un gran
impacto en el camino hacia una economía de hidrógeno funcional [21,25,36,37].
Hasta la fecha, a pesar de las opciones prometedoras, la densidad de
hidrógeno relativamente baja, las presiones de gas extremadamente altas, el
costo y los problemas de seguridad del sistema siguen siendo obstáculos
importantes para esta tecnología técnicamente simple y completamente
establecida [11,31,32,35,39,61,68,70 ].
Se espera que el sistema de almacenamiento de hidrógeno posea una alta
capacidad gravimétrica y volumétrica para realizar aplicaciones vehiculares
basadas en hidrógeno tecnoeconómicamente viables.
5

Hay varios pasos de reacción que cinéticamente pueden evitar que un sistema de
almacenamiento de hidrógeno alcance su equilibrio termodinámico de
almacenamiento de hidrógeno en un tiempo razonable. La velocidad de reacción
de un sistema metal-hidrógeno es, por lo tanto, función de la presión y la
temperatura. El almacenamiento de hidrógeno en hidruros metálicos comprende
algunos pasos mecánicos y depende de algunos parámetros. Esencialmente, la
superficie del metal debe poder disociar la molécula de hidrógeno y permitir una
fácil movilidad de los átomos de hidrógeno para poder almacenar hidrógeno. Los
diferentes metales tienen diferentes habilidades para disociar hidrógeno
dependiendo de sus estructuras superficiales, morfologías y purezas.
Fig. 1 e Un modelo simplificado de un almacenamiento de hidrógeno con
hidruro metálico.
Prabhukhot et al. [11] y Ozturk y Demirbas [97] informaron que tanto las
condiciones termodinámicas como las cinéticas son el requisito esencial que debe
cumplirse para que se produzca el almacenamiento de hidrógeno. Bajo esta
circunstancia, un metal expuesto al hidrógeno gaseoso absorbe hidrógeno hasta
que se alcanza el equilibrio.
H24MHX + Q
donde M es un metal, una aleación intermetálica o una solución sólida, x es un
número entero positivo, MHx es el hidruro formado y Q es el calor de reacción. En
la Fig. 1 a continuación se muestra un modelo simplificado de almacenamiento de
hidrógeno en un hidruro metálico .
M þ
2
Un hidruro metálico se forma técnicamente a través de una reacción química, pero
actúa como un método de almacenamiento físico [11,13,57]. En el tanque de
hidruro metálico, las moléculas de hidrógeno se unen al metal a temperatura y
presión moderadas, generalmente entre 3 y 30 atm, mucho más bajas que en los
tanques de gas comprimido. Esto hace que el sistema sea más seguro que
cualquier otra solución, ya que la fuga de hidrógeno gaseoso no puede ser
espontánea ni el tanque que lo contiene explota por sí solo [13,54,59,62]. Sin
embargo, los tanques de hidruro metálico son comparativamente muy pesados,
pero el peso no debería ser un desafío para aplicaciones estacionarias y otras
aplicaciones de nicho, especialmente para almacenamientos pequeños. Y una vez
que se resuelva su problema de peso mediante el descubrimiento de nuevos
materiales ligeros, será más probable incorporarlos en la aplicación móvil [87].
Además, tienen densidades de energía volumétrica de hidrógeno comparativamente
altas, buena eficiencia de almacenamiento y pueden absorber/liberar hidrógeno
con un ligero cambio en la presión, lo que las convierte en una de las soluciones
más prometedoras [11,13,32,54].
X
Ozturk y Demirbas [59], Sahaym y Norton [13] y Zaluski et al. [43] describió la
hidrogenación de metales como la formación de hidruros metálicos por absorción
de hidrógeno, generalmente acompañada por la liberación de calor. De esta
manera, a medida que se absorbe hidrógeno gaseoso en estas partículas metálicas,
se acumula presión en el tanque. Sin embargo, para la descomposición y
deshidrogenación
como:
Se debe agregar la misma cantidad de calor al hidruro metálico. Estos procesos
son continuamente repetibles y, por lo tanto, los hidruros metálicos reversibles
pueden usarse para el almacenamiento de calor e hidrógeno. La carga y descarga
del tanque de hidruro se puede realizar tantas veces como sea posible siempre
que el material de hidruro no se contamine [11,91,96,97].
[13,37,70,94]. Si se agrega suficiente energía al sistema, las moléculas de
hidrógeno se disocian en átomos de hidrógeno, luego se difunden en la masa y
ocupan los sitios intersticiales de la red cristalina metálica y forman una solución
sólida con una cantidad menor de hidrógeno (una fase). A medida que se agrega
más energía al sistema, aumenta el contenido de hidrógeno, se nuclea una fase
de hidruro (fase b) que permite que el metal absorba hidrógeno en mayores
cantidades y crece hasta que el metal se satura con hidrógeno. Por ejemplo, la
densidad de almacenamiento de hidrógeno del hidruro de magnesio (6,5 átomos
de H/cm3 ) es mucho mayor que la del hidrógeno gaseoso (0,99 átomos de H/
cm3 ) o el hidrógeno líquido (4,2 átomos de H/cm3 ). Por lo tanto, el almacenamiento
de hidruro metálico es un sistema de almacenamiento seguro y eficiente en
volumen para aplicaciones a bordo [11,22,37,62,87,89,91,95].
De acuerdo con Zu¨ttel [70], todos los hidruros reversibles que operan
alrededor de la temperatura ambiente y la presión atmosférica comprenden metales
de transición. Los más reactivos son los elementos electropositivos como los
lantánidos, actínidos y miembros de los grupos titanio y vanadio. Dependiendo de
la termodinámica de la reacción, se aplican diferentes temperaturas a diferentes
hidruros metálicos. Una interacción reversible típica entre metal/aleación e
hidrógeno se puede escribir
en todo el mundo han fomentado la investigación intensiva sobre el almacenamiento
de hidrógeno en hidruros metálicos con atención especializada en la implementación
de celdas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEMFC)
[42,61,89,90].
Según Crivello et al. [91], Zu¨ttel [70], Heung [87], Blackburn et al. [92],
Prabhukhot et al. [11] y Sakintuna et al. [62], los hidruros metálicos se producen
por la interacción del hidrógeno con diferentes metales, ya sea puros o aleados
(en forma granular o partículas), lo que da como resultado un almacenamiento en
estado sólido a temperatura y presión moderadas, lo que les otorga una ventaja de
seguridad crucial sobre los gases y Sistemas de almacenamiento de líquidos. Un
factor clave que contribuye a un amplio uso de hidruros metálicos en el campo del
almacenamiento de hidrógeno es su enorme capacidad para acomodar una
cantidad significativa de hidrógeno en sus estructuras [13,37,92,93]. Es posible
empaquetar más átomos de hidrógeno en un metal que forma una red de hidruro
que en el mismo volumen de hidrógeno líquido porque cuando dicho metal se pone
en contacto con hidrógeno gaseoso, las moléculas de hidrógeno se adsorben
primero en la superficie del material.
Según David [41], Lai et al. [81] y Khafidz et al. [94], los hidruros metálicos se
pueden clasificar en hidruros de baja temperatura e hidruros de alta temperatura
en función de la
Hidruros metálicos
6

313
[13,40,108e110]
600
TiV2
solución sólida BCC 10 bares
AB2
5 barras
FeTi
1.4 [26,39,94,102,108e110]
bar
[3,94,102,108,109]
1.89
298
magnesio
323
3.59 [102,108e110]
LaNi5H6 Hexagonal TiV2H4
Cúbico ZrV2H5.5 Hexagonal
FeTiH2 Cúbico MgH2
Hexagonal Mg2NiH4 Cúbico
ZrV2 10
555
2 barras
[102,108,109]
2.60
1 barra
303
Elemental
AB
[102,108]
3.01
1 barra
LaNi5
AB5
7.6
A2B
8
Mg2Ni
[3,11,26,39,45,88]. Otro pozo de compuestos intermetálicos
hidruro consiste en material de bajo peso molecular. A pesar de que
300 y 400 C que reducen su eficiencia e idoneidad para
Tabla 3 e Hidruros comunes y sus propiedades de almacenamiento de hidrógeno.
el campo ha hecho grandes esfuerzos para mejorar la cinética de absorción/
desorción de hidrógeno del metal actual
requiere la aplicación de altas temperaturas o alta
basado en las estequiometrías como AB5etype (por ejemplo, LaNi5), AB2-
La Tabla 3 muestra la comparación de las propiedades de almacenamiento de
hidrógeno de algunos hidruros comunes.
fallan en almacenar grandes cantidades de hidrógeno y el desarrollo
material de peso que exhibe una cinética rápida y bajo contenido de hidrógeno
no se puede invertir fácilmente, dejando una parte de la muestra inactiva
Tipo de hidruro Metal/Aleación Estructura de hidruro Porcentaje en peso
dispositivos por mucho tiempo [11,41,43].
hidrógeno se difunda en la superficie desnuda. Para permitir la práctica
candidato para el almacenamiento móvil de hidruros con buena reversibilidad,
El compuesto LaNi5 es uno de los sistemas de almacenamiento de hidrógeno más estudiados.
presión [bar]
Este hipotético efecto de “envenenamiento” podría ser más pronunciado a altas
temperaturas [43,92,93]. Por lo tanto, se tiene cuidado
requerido [43,102,110]. Homogeneización por lento y complejo
consisten en peso y baja capacidad de almacenamiento de hidrógeno para el
formación de una capa de óxido de titanio, la activación del material es
capacidad de almacenamiento de hidrógeno que la de baja temperatura
a la captación de hidrógeno. Además, el proceso de tratamiento térmico es
La mayoría de los metales y aleaciones formadores de hidruros prometedores
Aplicaciones de almacenamiento de hidrógeno. Por lo tanto, importantes importantes
estudiado para el almacenamiento de hidrógeno es FeTi con un máximo
la alta temperatura restringe la elección de alta temperatura
reciclabilidad y mayores capacidades (hasta 7,6% en peso) en comparación con
porque exhibe buenas características de almacenamiento de hidrógeno en términos
de requisitos de cinética, presión y temperatura. Sin embargo, a una temperatura
moderada, el
de nuevos tipos de hidruros metálicos es esencial [41]. Sin embargo,
tipo (por ejemplo, aleaciones TieZr), tipo A2B (por ejemplo , Sb2Ti, Sn2Co) y tipo
AB (por ejemplo, aleaciones TieFe), donde A representa elementos con
aplicaciones, estos materiales generalmente necesitan ser activados
el tratamiento térmico en vacío se lleva a cabo generalmente donde
hidruros metálicos de baja temperatura por un lado, y lento
problemática que hace inalcanzable reproducir ab(de)
hidruros.
presiones de equilibrio debido a su bajo calor de reacción.
de hidrógeno [% en peso]
[40,42], que consta de óxidos metálicos, hidróxidos, carbono-oxígeno
ventajas del magnesio incluyendo ligereza, abundante
Mn, Fe, Co, Ni), pero su capacidad combinada de almacenamiento de hidrógeno
Operando
para evitar el tratamiento térmico tanto como sea posible [16]. Todos estos son
El magnesio y las aleaciones a base de magnesio han sido ampliamente
investigadas como materiales de almacenamiento de hidrógeno por muchos
alta afinidad por el hidrógeno, típicamente tierras raras o metales alcalinotérreos
(p. ej., Ca, Ti, Y, Zr, Hf, La, Ce, etc.) y B representa elementos con baja afinidad
por el hidrógeno, típicamente un
hecho a temperaturas elevadas y altas presiones de hidrógeno.
como el magnesio y las aleaciones a base de magnesio [34,110],
La capacidad de almacenamiento de hidrógeno de LaNi5 es bastante baja, aproximadamente 1,4 en peso .
Estos hidruros metálicos son en su mayoría aleaciones intermetálicas o sólidos.
Equilibrio
antes de que se mejore su cinética para absorber/desabsorber eficazmente
otras aleaciones de almacenamiento de hidrógeno, tienen una cinética lenta y
temperatura [K]
la superficie del material queda disponible a medida que se rompe el SPL.
cinética y altas temperaturas inaceptables para relativamente
sorción de la cantidad máxima de hidrógeno en el compuesto sin alta temperatura
y alta presión de hidrógeno
Según muchos autores que trabajaron con el hidrógeno
hidruros con considerables capacidades de almacenamiento de hidrógeno
presiones de hidrógeno para superar la barrera de activación. los
compuestos y agua de varios espesores que actúa como
disponibilidad, resistencia al calor, capacidad de amortiguamiento y bajo costo.
es relativamente bajo (por debajo del 2% en peso) debido a la estructura cristalina
temperatura de absorción/desorción del hidrógeno. Hidrógeno
deficiencias que han limitado el uso generalizado y
hidrógeno [11,26,43,57,94,107,111,112]. Este proceso de activación
absorción/liberación de hidrógeno en un rango de temperatura alto entre
investigadores [11,42,62,82,103e108], debido a los numerosos
metal de transición que forma solo hidruros inestables (p. ej., Cr,
son muy reactivos y forman una capa de pasivación superficial (SPL)
Durante las últimas tres décadas, los investigadores y desarrolladores de
Sin embargo, parte de la oxidación que generó el SPL puede
hidruros metálicos livianos con mayores capacidades de almacenamiento de
hidrógeno por otro lado [11,13,26,38,40e45,64,66,110].
[3,11,21,26,43e45,65]. Por lo tanto, los sistemas de hidruros metálicos existentes
% y es demasiado costoso para aplicaciones a bordo
hidruros en solución que funcionan a temperatura ambiente o moderada. Mientras
que, por otro lado, el hidrógeno suele estar unido iónicamente en los hidruros de
alta temperatura, y el metal
comercialización de hidruros metálicos como almacenamiento de hidrógeno
una barrera de hidrógeno y debe romperse para el gas
y limitación del volumen de la celda unitaria. Por ejemplo, el intermetálico
se une a través de un enlace covalente en los hidruros de baja temperatura, y el
hidruro metálico consta de alto peso molecular
materiales de almacenamiento [2,3,11,41,43,81,98e102], los hidruros comunes a
baja temperatura para el almacenamiento de hidrógeno se pueden agrupar
Aunque las aleaciones se encontraron prospectivas y competitivas
Referencia
problemas asociados con el uso práctico de hidruros metálicos
capacidad de almacenamiento de hidrógeno de alrededor del 1,9% en peso y debido a la
hidruros, se ha encontrado que poseen relativamente mayor
cuanto mayor sea la barrera de activación, mayor será la entrada de energía
almacenamiento en hidruros metálicos
7
Avances recientes en la mejora del hidrógeno

Catálisis
derrame de hidrógeno respectivamente. Las aleaciones tratadas
también podrían activarse a muy baja presión de hidrógeno a
temperatura ambiente y absorber y liberar hidrógeno a velocidades más
rápidas (hasta cien veces), incluso después de más de dos años de
exposición al aire. Prabhukhot et al. [11] también informaron que se ha
estudiado la adición de nanopartículas de paladio, platino y rutenio
como catalizadores y se ha observado una mejora sustancial en la
cinética de absorción. Khafidz y coautores [94] también afirmaron que
los efectos catalíticos de los óxidos de metales de transición y los
metales puros o tal como se reciben, como el titanio, el níquel y otros
catalizadores, han recibido una atención considerable debido a su
influencia positiva en las propiedades cinéticas de materiales ligeros a
base de metales. También se han investigado otros catalizadores, como
compuestos intermetálicos, materiales de carbono, materiales
mesoporosos, como aerogeles y materiales de sílice. Estos elementos
y sus compuestos relacionados tienen la promesa de una capacidad de
almacenamiento de hidrógeno alta, reversible y práctica para el
almacenamiento de energía distribuido y a gran escala para aplicaciones
estacionarias y aplicaciones móviles, incluidos vehículos y equipos de
energía portátiles [2,81,107,121e124]. Por ejemplo, Daryani et al. [125]
estudiaron el efecto combinado de las partículas de TiH2 y TiO2 en la
cinética de la desorción de hidrógeno del hidruro de magnesio
nanoestructurado. Se informó que la adición de catalizadores a base
de titanio a MgH2 produjo una cinética de absorción mejorada de
hidrógeno de 4,5% en peso de H2 en un período corto después de los
60 y también condujo a una mejora sustancial de la cinética de liberación
de hidrógeno. Los autores afirmaron que la adición de catalizadores a
MgH2 fue responsable de la cinética de sorción mejorada del hidrógeno
al debilitar el enlace MgeH, aumentando la difusión de hidrógeno en la
superficie de las partículas habilitada por el área de superficie específica
alta de las partículas de MgH2 y la presencia de límites de grano. Las
especies activas de los catalizadores ingresan al compacto de MgH2 y
mejoran el crecimiento y la nucleación de las fases de hidruro. En otro
trabajo, Barkhordarian et al. [126] investigó los mecanismos catalíticos
de varios óxidos de metales de transición en la reacción de sorción de
hidruros a base de magnesio. Los investigadores encontraron que la
actividad catalítica se vio fuertemente afectada por cuatro propiedades
físico-termodinámicas distintas del compuesto de metal de transición:
múltiples defectos estructurales, baja estabilidad del compuesto, un
estado de alta valencia del ion de metal de transición que contiene el
compuesto y muy fuerte atracción entre el ion de metal de transición y
el hidrógeno.
Como ejemplo, Adams y Chen [102] identificaron al paladio como un
buen catalizador para otros hidruros metálicos con propiedades
excepcionales requeridas para aplicaciones de hidrógeno, ya que
requiere poca o ninguna energía de activación y tiene una capacidad
disociativa superior. El paladio puede absorber grandes cantidades
volumétricas de hidrógeno a temperatura ambiente normal y presión
atmosférica aún en su fase a primaria, y luego forma hidruro de paladio
a medida que se absorben más cantidades de hidrógeno. Sobre esta
base, los autores presentaron un modelo conceptual de grupos de
MgH2 en formas puras, nanocristalinas y dopadas con Pd. Se encontró
que el Mg dopado con Pd tarda tres veces más rápido en alcanzar la
misma capacidad de hidrógeno que el Mg puro. La selectividad inherente
del paladio para el hidrógeno, la cinética de sorción rápida y la formación
reversible de hidruro permiten que las películas de aleación basadas en
paladio alcancen una alta calidad de gas hidrógeno con una pureza del
99,9999 %. Otro catalizador potencial es el platino. El platino con
soporte de carbono se aplica a menudo como electrocatalizador en
celdas de combustible de baja temperatura. La aplicación generalizada
de paladio, platino y otros grupos de metales del platino sigue siendo
poco realista porque tienen un precio prohibitivo. No obstante, si se
pueden emplear métodos rentables adecuados, como la aleación con
metales más económicos y el uso de materiales a nanoescala, estos
elementos pueden ser muy útiles en la economía del hidrógeno para
purificar el hidrógeno y aprovechar su energía a través de pilas de
combustible. Fetchenko et al. [120] llevó a cabo una interesante
investigación en la que descubrió una aleación recubierta económica
con una gran capacidad de almacenamiento de hidrógeno y una
excelente cinética a temperatura ambiente. Los autores produjeron
aleaciones basadas en MgeNi con un contenido de Mg que oscilaba
entre el 40 y el 65 por ciento atómico de la aleación mediante hilado por
fusión y aleación mecánica. La aleación se revistió con una película de
metal catalíticamente activa (Fe o Pd) de aproximadamente 20 nm de
espesor depositada sobre un mínimo de una parte de la superficie de la
aleación basada en MgeNi. Se observó que estos tratamientos
catalíticos juegan un papel importante al influir en las excelentes
propiedades de las aleaciones. Capacidad de almacenamiento de
hidrógeno de hasta el 4,86 % en peso a presiones de unos 10 bar con un alto grado de tasa de absorción a bajas temperaturas de unos 30 C en 2 min.
sin aumentar la temperatura. En esta sesión, consideraremos
brevemente los principales enfoques factibles importantes informados,
que esencialmente involucran la adición de catalizadores, aleación con
otros elementos, nanoestructuración y nanoconfinamiento
[26,33,40,42,43,45,102,107,109,113e116,121].
Con base en la observación, los autores concluyeron que es posible y
debe considerarse una mayor optimización con varios catalizadores
para mejorar las propiedades de sorción de los hidruros a base de
magnesio. Los mismos autores investigaron la eficiencia del Nb2O5
como catalizador para la reacción de sorción de hidrógeno del magnesio
y compararon el resultado con otros catalizadores de óxidos metálicos
(Fe3O4, V2O5, Mn2O3, TiO2, Cr2O3, Sc2O3, Al2O3, CuO, SiO2) [121].
Se encontró que el pentóxido de niobio (Nb2O5) produjo el mayor
efecto catalítico sobre el MgH2 con la tasa de absorción de hidrógeno
más rápida en 60 s para 7 % en peso de H2 y 130 s a 300 C para la
desorción. Sabitu et al. [127] también confirmó el destacado efecto
catalítico de Nb2O5 al comparar los efectos de cuatro óxidos de metales
de transición diferentes (Fe3O4, ZrO2, Nb2O5 y CeO2) en la cinética
de desorción de hidrógeno de MgH2. Los resultados mostraron que el
MgH2 con aditivo Nb2O5 exhibió la cinética más rápida en 16 min y la
temperatura de desorción más baja de 205 C en contraste con otros
óxidos metálicos. las tasas de
La catálisis es el proceso de mejorar la cinética de sorción del hidrógeno
de los sistemas de hidruro metálico que facilita la disociación de las
moléculas de hidrógeno o la recombinación de los átomos de hidrógeno
de forma rápida y eficaz. Los catalizadores comunes empleados para
mejorar la cinética de hidruración/deshidratación de metales/aleaciones
incluyen varios metales de transición (p. ej., Ti, V, Ni, Pd, Pt, Ru, Rh),
óxidos metálicos (p. ej ., Nb2O5, Cr2O3, Fe3O4, TiO2), no metales (por
ejemplo, carbono) y compuestos [11,13,40,57,63,102,109,113,116e119].
Curiosamente, la aleación también podría desorber completamente el
hidrógeno almacenado por debajo de 250 C, comenzando a
temperaturas tan bajas como 90 C. Shan y sus coautores [57] mostraron
una mejora significativa en el rendimiento de absorción y liberación de
hidrógeno de la aleación intermetálica tipo AB5. LaNi4$7Al0.3 tratado
con pequeñas cantidades de paladio y platino. Los autores atribuyeron
el hallazgo a un mayor efecto indirecto y reverso

Aleación con otros elementos
[128] demostró la absorción de hidrógeno de Mg catalizada
la adición de titanio mostró la cinética de absorción más rápida.
Se ha demostrado que son aditivos basados en metales efectivos.
temperatura de equilibrio de desorción de hidrógeno por debajo de 1 bar
estabilidad térmica y cinética de absorción de hidrógeno
observado en el proceso de desorción de hidrógeno. Aunque el
Se han observado mejoras en la cinética de absorción y desorción de hidrógeno.
la entalpía de reacción de hidrogenación por aleación de otros elementos con
magnesio. Los autores encontraron que en la formación de Mg2NiH4 a partir
de la reacción de hidrógeno con Mg2Ni
Según Khafidz et al. [94], Rahman et al. [111], Wang y
otros elementos donde la fuerza del enlace hidrógeno-metal se reduce y el
límite de interfase entre los diferentes
hidruro metálico formado para desarrollar diferentes estructuras que
ZrO2 a MgH2 puro. En consecuencia, Barkhordarian et al. [126] Disminución de la energía de activación de la desorción de hidrógeno de
se absorbió en aproximadamente 2,5 min. Por otro lado, el hidrógeno
enlace en Mg2NiH4 es más débil en comparación con el enlace MgeH en
Capacidad de absorción (des)absorción a temperatura y presión moderadas.
A pesar de la presencia de capas estables de óxido/hidróxido o
mejorar la termodinámica y la cinética de sorción de hidrógeno de los hidruros
metálicos. Entre varias categorías de compuestos basados en aleaciones con
diferentes estequiometrías, AB5,
con metales de transición como una técnica útil. Transición
y Mn) adiciones en la sorción de hidrógeno en nanocristalino
examinado para MgH2 con y sin Nb2O5. la activación
y otro elemento o elementos seleccionados en cantidades menores
desorción, lo que conduce a una mejor cinética de hidrogenación o
y reacciones de deshidrogenación utilizando aditivos que forman aleaciones
o compuestos con magnesio en forma hidrogenada o
aleación, la entalpía de formación de Mg2NiH4 (64,5 kJ/mol) fue
Wang [56], Kimura et al. [128] y Rahmaninasab et al. [107],
interacciones de los componentes compuestos juega un papel importante.
por 1 mol% Nb2O5 bajo condiciones de temperatura tan bajas como
Del mismo modo, Fruchart et al. [130] informó que uno de los más
Estas aleaciones permiten moléculas de hidrógeno rápidas y efectivas.
MgH2. La adición de vanadio exhibió la desorción más rápida
la desorción fue algo más lenta cuando el 4,5% en peso de hidrógeno
MgH2 puro, lo que condujo a la baja entalpía de formación de
especies que son defectuosas en el gas de hidrógeno, la reacción cinética del
hidrógeno en las superficies a base de aleación se puede lograr en
MgH2. En el proceso, los autores molieron con bolas el 5% del
las propiedades termodinámicas no se vieron afectadas por el catalizador,
hecho por aditivos como estos en magnesio. Con base en esto, el
se encontró la energía de absorción de hidrógeno para el Mg catalizado
tales como vanadio, titanio y niobio, con vanadio
temperaturas de desorción reducidas en el sistema Mg/MgH2
estados deshidrogenados. Por ejemplo, después de la hidrogenación de
Mg2Ni , se determinó la formación de Mg2NiH4 con 3,6% en peso
afectan las propiedades mecánicas del material, y en efecto
y Sabitu et al. [127] sugirió que el efecto catalítico
hidruros.
Ti, V y otro metal elegido entre Cr y Mn fueron
descubrió que la energía de enlace entre el níquel y
AB, A2B y AB2 (como se indicó anteriormente) se encuentran útiles para
Se ha reconocido que los metales promueven la disociación y
la adición de Nb2O5 influyó principalmente en las velocidades de reacción
entre el Mg y el hidrógeno y reveló los excepcionales efectos catalíticos. No
obstante, todavía se está llevando a cabo una intensa investigación
los autores trabajaron para mejorar el problema de activación de las aleaciones de
almacenamiento de hidrógeno basadas en Mg para una absorción efectiva de hidrógeno
menor que la entalpía de formación de MgH2 ( 75 kJ/mol). En
La aleación es una técnica convencional y bien organizada para
Durante los últimos años, los investigadores han informado de la aleación
de Nb2O5 conducen a mejores propiedades de desorción de MgH2 por cinética con una energía de activación muy pequeña (62,3 kJ/mol)
fue liberado en 5 min a 260 C. Con base en el resultado, los autores asumieron
que el problema de la cinética lenta en el Mg basado en
Mg2NiH4. Asimismo, en una revisión de Zhu et al. [132], se informó el ajuste
termodinámico de la aleación Cu2Mg . Como el hidrógeno es
contraste con los materiales de hidruro. Además, la red cristalina
la recombinación de hidrógeno y la adición de pequeñas cantidades de tales
metales podrían mejorar las reacciones y la cinética de absorción limitada
[33,86]. Como ejemplo, Liang et al. [129]
38 kJ/mol, que era apreciablemente más bajo que el de
debido a la baja entalpía de formación de MgH2 . Por ejemplo,
aditivo que proporciona uno de los mejores compromisos entre ab(de)
hidrógeno y el proceso ocurrió a una presión de equilibrio
La presión de H2 desciende a 240 C. Según Vajo y colaboradores [133], se
han logrado logros significativos en
porque los átomos de hidrógeno pueden ocupar los sitios intersticiales de
mejorar su cinética de absorción y desorción. el hidrogeno
desorción de hidrógeno de MgH2 mezclado con el metal de transición metales de transición con la aleación MgH2 durante 20 h. Se observó
agregado, mezclado completamente y molido. El proceso de absorción de
hidrógeno ejecutado a 240 C y 10 bar arrojó hasta 5,2 % en peso
El hidrógeno es más fuerte que el que hay entre el magnesio y
las aleaciones se resolvió en su mayor parte, mientras que el de las
temperaturas muy altas sigue sin resolverse. Según Jia [31], las aleaciones
de metales de transición como LaNi5, FeTi (Mn) y Mg2Ni tienen
absorbido, Cu2Mg descompuesto en MgH2 y MgCu2 y el
Aplicaciones de almacenamiento de hidrógeno. Estos compuestos también son
estructura de los hidruros metálicos tiene mucho que ver con su
sobre encontrar catalizadores apropiados para mejorar las propiedades de
absorción/desorción del hidrógeno en diferentes metales
y liberar. En primer lugar, el polvo a base de magnesio se hidridó. Luego
proporciones adecuadas de polvos de aleación BCC basados en
cinética de sorción y capacidad de almacenamiento reversible. Notable
Rahmaninasab et al. [107] estudiaron la posibilidad de reducir
otro trabajo de Morinaga y coautores [131], fue
Las propiedades de sorción de los metales ligeros se pueden mejorar agregando
acelerar la vía de difusión del hidrógeno en presencia de barreras superficiales
en la reacción. Asimismo, Kimura et al.
en comparación con la de MgH2 (120 kJ/mol). Por otra parte,
Los óxidos disminuyeron en el siguiente orden: Nb2O5, Fe3O4, CeO2 y que todas las adiciones de metales de transición provocaron una
capacidad. Se observó que la capacidad de hidrógeno de 4,5% en peso
hidrógeno en el hidruro metálico Mg2NiH4. Sin embargo, este NieH
considerados como hidruros intersticiales debido a su hidrógeno
estudió el efecto catalítico de los metales de transición (Ti, V, Ni, Fe,
MgH2 sin el catalizador. La mejora cinética también fue
50 C. Las propiedades termodinámicas y cinéticas fueron
prometedores compuestos nanocristalinos basados básicamente en Mg
disociación para absorción o desestabilización de enlaces MgeH para
la modificación de la termodinámica de la hidrogenación
la red cristalina. La aleación tiene algunos efectos específicos sobre las
estructuras de los materiales y el almacenamiento de hidrógeno. Puede destruir el
revista internacional de energía de hidrógeno xxx (xxxx) xxx 9

Nanoestructuración
También se informó que la molienda con bolas aumentó efectivamente
la tasa de absorción/desorción de hidrógeno de MgH2 al eliminar la
capa de óxido en la superficie. En otro trabajo de Shan et al. [57], se
informó que la molienda mecánica de pequeñas cantidades de
paladio con las aleaciones intermetálicas LaNi4$7 -Al0.3, CaNi5 y
Mg2Ni en aire mejoró significativamente sus rendimientos de
almacenamiento de hidrógeno. Del mismo modo, Rahman et al.
[111] investigó la influencia de MgNb2O6, Mg4Nb2O9 y Mg3-
Nb6O11 en las reacciones de absorción de hidrógeno en MgH2
promovidas por molienda de bolas. La molienda de MgH2 y los
aditivos de óxido se realizó durante 12 h en atmósfera de argón de
alta pureza. Se encontró que la presencia de los óxidos de MgeNb
aumentó en gran medida la cinética de sorción de los procesos de
sorción ab (des) de hidrógeno. Tajima et al. [137] también investigó
la cinética de sorción de hidrógeno de la aleación de FeTi con capas
superficiales nanoestructuradas. La muestra de aleación se preparó
mediante molienda mecánica. El FeTi nanoestructurado exhibió una
tasa inicial de absorción de hidrógeno mucho más alta que la
aleación de FeTi desnuda. Se encontró que el paso de control de la
velocidad pasó de la disociación de las moléculas de hidrógeno en
la superficie a la permeación de los átomos de hidrógeno a través
de las capas de óxido de la superficie crecidas como la oxidación de la superficie de
sintetizado
de 1 bar a 245 C. En 2017, Young et al. [119] reportaron algunos
resultados obtenidos con aditivos de Pd en sistemas de aleaciones de
hidruros metálicos que involucran soluciones sólidas de Mg, C, AB,
A2B, AB2, AB5 y BCC. Los autores descubrieron mejoras importantes
en las tasas de absorción y desorción de hidrógeno, capacidad de
descarga electroquímica, capacidad de descarga de alta tasa,
activación y rendimiento del ciclo de vida. Prabhukhot et al. [11]
también informaron el comportamiento de almacenamiento de
hidrógeno de otras aleaciones a base de magnesio (MgeNi y MgeCo)
distintas del MgH2, probadas debido a sus potenciales de
almacenamiento. Los resultados mostraron que el intermetálico Mg2Ni
demostró una buena cinética y aproximadamente un 3 % en peso de
capacidad de almacenamiento de hidrógeno, pero el MgNi2 no logró
absorber hidrógeno. Las fases Mg2CoH5 y Mg3CoH5 del sistema
MgeCo dieron capacidades de almacenamiento de hidrógeno de 4,5 y
5,4% en peso respectivamente. También se encontró que la tasa de
absorción del sistema MgeCo era mucho mayor en comparación con
el Mg solo. Algunos otros autores también trabajaron para mejorar las
malas características de activación de TiFe. Por ejemplo, Jain et al.
[117] estudiaron las propiedades de hidrogenación de TiFe utilizando
el aditivo de aleación Zr7Ni10 con el objetivo de mejorar el primer
comportamiento de hidrogenación de la aleación de TiFe. Se
investigaron comparativamente dos rutas de procesamiento diferentes,
a saber, fusión simple y fusión conjunta. En fusión simple, las
aleaciones de TiFe y Zr7Ni10 se mezclaron y fundieron juntas, y en
fusión conjunta, las aleaciones se fundieron por separado y luego se
fundieron juntas. La microestructura de las muestras as cast reveló la
presencia de una fase intergranular rica en Zr que decoraba los granos
de matriz rica en TiFe y partículas de Ni distribuidas uniformemente
dentro de la muestra. Se observó que la adición de Zr7Ni10, incluso
en pequeñas cantidades, resultó en una mejora significativa en el
comportamiento de hidrogenación de la aleación de TiFe. Por lo tanto,
los autores concluyeron que los resultados de la absorción de
hidrógeno no están determinados por la ruta de producción, mientras
que, mediante la adición de Zr7Ni10 a la aleación de TiFe, se puede
lograr fácilmente un material intermetálico mejorado con un mejor rendimiento de hidrogenación.
Según Chen y Zhu [109], Yu et al. [114], Fichtner [134], Zhao-Karger
et al. [135] y Sadhasivam et al. [40] y Shao et al. [64], la estabilidad
y la reactividad de los grupos de metales son una función de su
tamaño, especialmente en el rango de nanoescala, lo que presenta
una nueva área práctica de almacenamiento de hidrógeno en estado
sólido. Los nanomateriales generalmente tienen propiedades
sustancialmente distintas en contraste con sus contrapartes de grano
grueso debido a su mayor área de superficie, distancias de difusión
más cortas y átomos de frontera de grano multiplicados. La
nanoestructuración se logra convencionalmente mediante molienda
de bolas de alta energía. Babú et al. [82] mencionó que el método
de molienda con bolas es un proceso rentable aplicado a los hidruros
metálicos para obtener buenas propiedades superficiales. Según
Prabhukhot et al. [11], se ha demostrado que la nanoestructuración
beneficia la estabilidad térmica y mecánica, la cinética de sorción de
hidrógeno y las propiedades termodinámicas. Se ha logrado el
desarrollo de varias estructuras nanocristalinas con propiedades
mejoradas de absorción/desorción de hidrógeno
[42,67,81,107,109,114,134,136]. En un trabajo reciente de
Rahmaninasab et al. [107], se afirmó que una de las técnicas más
comunes para mejorar la sorción de hidrógeno del hidruro de magnesio es la molienda con bolas de alta energía. Residencia en
este, compuesto nanoestructurado de hidruro de magnesio +
mischmetal a partir de hidruro de magnesio más 6 y 10% en peso de
mischmetal por molienda con bolas en varios momentos. Se informó
que la molienda de bolas fue eficaz para producir compuestos
nanoestructurados con una superficie libre aumentada, tamaños de
grano reducidos, límites de grano aumentados, estructura de superficie
porosa con sitios altamente activos para la adsorción y desorción de
hidrógeno, microdeformaciones generadas y defectos creados en la
superficie y dentro de los cristales y granos de hidruro de magnesio þ
mischmetal. Estos defectos facilitaron la difusión de hidrógeno en el
material al disminuir la energía de activación de difusión, y la estructura
alterada y los tamaños reducidos de los cristalitos mejoraron la cinética
e influyeron en gran medida en las propiedades de sorción de
hidrógeno. Generalmente, los tamaños de cristalitos más pequeños
son proporcionales a más límites de grano. La presencia de múltiples
límites e interfaces de grano en los materiales nanocristalinos brinda
vías favorables para la difusión de hidrógeno y acelera la cinética de
absorción de hidrógeno. Callini y colaboradores [136] revisaron algunos
trabajos sobre el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido
utilizando materiales nanoestructurados. Los autores mencionaron que
la reducción del tamaño de las partículas es una estrategia novedosa
para mejorar las propiedades termodinámicas y cinéticas de los
materiales de hidruro. Es un hecho establecido que las propiedades
fisicoquímicas de los materiales se ven influenciadas cuando el tamaño
de las partículas alcanza el régimen de nanoescala. A medida que se
reduce el tamaño de las partículas, los materiales de hidruro suelen
mostrar una cinética de sorción de hidrógeno más rápida debido a las
rutas de difusión más cortas y a una mayor superficie expuesta al
hidrógeno. Prabhukhot et al. [11] también mencionó que la tasa de
desorción de hidrógeno de MgH2 se mejoró mediante la molienda de
bolas en un molino de bolas planetario. Wagemans y sus coautores
[42] estudiaron el efecto del tamaño del grano de cristal sobre la
estabilidad termodinámica y las propiedades de desorción de hidrógeno
del magnesio y el hidruro de magnesio utilizando cálculos de mecánica
cuántica. Los autores encontraron que los grupos de MgH2
nanoestructurados tenían una entalpía de desorción significativamente
más baja que el MgH2 a granel. Entonces, los grupos de magnesio
nanoestructurados (~0.9 nm de tamaño) liberaron hidrógeno a una temperatura más ba
autores
la

nanoconfinamiento
Como se mencionó anteriormente, una técnica establecida para mejorar la cinética
de sorción de hidrógeno es la nanoestructuración. Más recientemente, una nueva
estrategia de técnica de nanoconfinamiento está atrayendo más interés en el
almacenamiento de energía para producir nanomateriales y se ha practicado en
diversos sistemas de hidruros metálicos. El nanoconfinamiento se puede lograr
restringiendo el material activo dentro de estructuras anfitrionas porosas que sean
livianas (en aras de la capacidad de almacenamiento de hidrógeno gravimétrico),
con un área de superficie/porosidad muy alta (para permitir cargas altas), no
reactivas (para evitar una carga innecesaria). reacciones), barato y abundante
con la pureza adecuada, como materiales a base de carbono y sílices mesoporosas
ordenadas. Otros materiales de andamiaje que se están estudiando para apoyar
el almacenamiento activo incluyen óxidos mesoporosos ordenados, zeolitas y
estructuras metalorgánicas, así como sistemas de película delgada pero con poco
progreso debido a su peso y factores de costo. Por otro lado, los materiales
basados en carbono a nanoescala (p. ej., nanofibras, nanotubos, nanoalambres,
nanobarras y nanocintas) han ganado prominencia desde hace bastantes años
debido a sus altas áreas superficiales que promueven la cinética de fisisorción,
las interacciones superficiales, la adsorción en masa, la temperatura de desorción.
tura y disociación de hidrógeno. La técnica de nanoconfinamiento ha mostrado un
gran potencial para influir favorablemente en la termodinámica y mejorar la
cinética de deshidrogenación de hidruros metálicos esenciales para la reversibilidad
del almacenamiento de hidrógeno para aplicaciones a bordo. Sumado a los
efectos generales de la nanoestructuración, el nanoconfinamiento también podría
prevenir la aglomeración de las partículas y la segregación de fases para el
sistema compuesto al suprimir el movimiento de las partículas dentro de los
anfitriones del andamio. La cinética de sorción de hidrógeno de materiales ligeros
en estado sólido puede mejorarse dopándolos con materiales basados en
carbono. Debido a la naturaleza eléctrica única del carbono y la interacción CeH
prominente, los materiales a base de carbono ejercen una fuerte influencia
catalítica sobre los hidruros de metales ligeros, ya sea a través de
nanodimensionamiento o contacto cercano con nanoestructuras de carbono
[7,65,81,94,102,109,133,138e140].
electrones que la superficie desnuda. Por lo tanto, los autores sugirieron que los
resultados revelaron que las capas superficiales nanoestructuradas promovieron
la disociación del hidrógeno mediante el fácil intercambio de electrones con las
moléculas de hidrógeno y, por lo tanto, se mejoró la tasa de absorción de
hidrógeno. Además de los diversos beneficios del molino de bolas de alta energía
en la síntesis de hidruros metálicos, también se ha demostrado que desempeña
un papel importante en la síntesis de aleaciones/compuestos catalizadores,
creando una buena interfaz entre el hidruro y el catalizador y promoviendo la
correcta distribución del catalizador.
siguió También se confirmó que el FeTi nanoestructurado
El hidrógeno es un candidato destacado como portador ideal de energía limpia y
sostenible rentable para la seguridad energética y económica mundial del futuro.
El obstáculo persistente para la pronta integración del hidrógeno en la economía
mundial sigue siendo su almacenamiento. Entre varias opciones presentadas
hasta el momento, los sistemas de almacenamiento de estado sólido basados en
hidruros metálicos han sido reconocidos como una de las soluciones más viables
para almacenar hidrógeno en sistemas alimentados con hidrógeno. La mayoría
de los hidruros metálicos no han podido almacenar grandes cantidades de
hidrógeno, y los que lo hacen están plagados de cinéticas lentas y no pueden
liberar hidrógeno a bajas temperaturas. Por lo tanto, sigue siendo un desafío para
los científicos e ingenieros en el campo investigar las propiedades de los hidruros
metálicos para desarrollar nuevos tipos.
Zhang y Qu [86] también mencionaron que el andamio de carbono no solo
proporciona los sitios activos de borde para los átomos de hidrógeno en el sistema
MgH2, sino que también dificulta la sinterización y el crecimiento de las
nanopartículas de MgH2. Zhao-Karger [140] investigó el efecto del
nanoconfinamiento en las propiedades cinéticas y termodinámicas del MgH2 en
andamios microporosos. Por hidrogenación directa de Bu2Mg dentro de los poros
del andamio microporoso de carbono, se formaron nanopartículas de MgH2 con
un rango de tamaño de aproximadamente 3 nm. La activación de la
deshidrogenación
la energía se redujo en 52 kJ/mol en comparación con el material a granel, y se
encontró una entalpía (63,8 ± 0,5 kJ/mol) y una entropía (117,2 ± 0,8 J/mol) de
reacción mucho más bajas para el sistema nanoconfinado. Wu et al. [141] informó
que se han realizado varias investigaciones sobre los efectos de varios materiales
a base de carbono en MgH2. Sorprendentemente, todos los materiales a base de
carbono mejoraron efectivamente la cinética de Mg, principalmente en la
capacidad de absorción de hidrógeno. También se observó que más del 6,0 % en
peso de H2 fue absorbido por todos los compuestos de MgeC en 5 min. Sin
embargo, Mg/SWNT demostró las mayores propiedades de almacenamiento de
hidrógeno de todas, como lo demuestra la capacidad de hidrógeno mejorada, la
cinética mejorada de absorción/desorción y la temperatura de desorción
significativamente reducida. Prabhukhot et al. [11] y de Jongh y Adelhelm [7]
también informaron varias ventajas del nanoconfinamiento, incluido el transporte
de calor/estabilidad mecánica, la mejora en la cinética de sorción de hidrógeno,
las propiedades termodinámicas y la reversibilidad. Asimismo, Callini y
colaboradores [136] mencionaron en una revisión del almacenamiento de
hidrógeno en estado sólido con materiales nanoestructurados que el
nanoconfinamiento juega un papel activo en la recolección de nanopartículas
individuales para estudios modelo de absorción de hidrógeno. Por ejemplo, las
partículas nanoconfinadas de MgH2 liberaron hidrógeno a 200 C en lugar de 400
C para el magnesio a granel, y en 5 min la mayor parte del contenido de hidrógeno
podría absorberse a 300 C en comparación con los 60 min del magnesio molido.
Recientemente, Zhang et al. [142] informaron de un nuevo enfoque para
nanoconfinar MgH2 en un material de aerogel de carbono con un rango de tamaño
de poro de aproximadamente 13 nm mediante la infiltración de dibutilmagnesio
soluble (MgBu2) como precursor en un aerogel de carbono, y luego hidrogenaron
el MgBu2 incorporado a MgH2. Se encontró que el material compuesto basado
en MgH2 tenía más de 5 veces más cinética de deshidrogenación que el MgH2
activado molido con bolas. En base a esto, Nielsen et al. [143] más tarde investigó
los efectos del tamaño de poro del aerogel de carbono en las propiedades de
almacenamiento de hidrógeno de MgH2. Los resultados revelaron que el material
de aerogel de tamaño de poro más pequeño absorbería menos MgH2, y el MgH2
nanoconfinado en poros más pequeños facilitó la rápida tasa de desorción de
hidrógeno debido a la reducción del tamaño del hidruro confinado. Por lo tanto,
generalmente se reconoce que nanoconfinar materiales de almacenamiento de
hidrógeno activo a través de soportes o andamios porosos, particularmente los
nanomateriales basados en carbono, ofrece una mejora significativa en las
propiedades cinéticas y termodinámicas.
superficie mostró un valor mucho más bajo para la función de trabajo de
11
Conclusión y recomendación

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de sistemas de hidruros metálicos con grandes capacidades de almacenamiento
de hidrógeno y cinéticas favorables a bajas temperaturas de captación y liberación
respectivamente. Actualmente, hay suficientes pruebas de la literatura y los
resultados de la investigación para respaldar la viabilidad y los enormes beneficios
de almacenar hidrógeno en los hidruros metálicos actuales. Entonces, el enfoque
más importante de la investigación intensiva en almacenamiento de hidrógeno sería
mejorar la cinética de los hidruros prometedores e investigar nuevos materiales y/o
combinaciones de métodos para producir almacenamiento de alta densidad de
hidrógeno con cinética rápida a temperaturas razonablemente bajas. En esta
revisión, se informaron los logros novedosos más prometedores de los investigadores
en el campo que han beneficiado en gran medida la cinética de sorción de hidrógeno
y las propiedades termodinámicas en los últimos tiempos, a saber. el uso de
catalizadores, aleaciones con otros elementos, nanoestructuración a través de
molienda de bolas de alta energía y nanoconfinamiento mediante el soporte de
materiales de almacenamiento de hidrógeno activo con anfitriones de andamios
porosos. En consecuencia, los autores recomiendan que se realice un trabajo más
centrado
Los autores agradecen el apoyo del Centro de Energía y Energía Eléctrica (CEEP)
y el Departamento de Ingeniería Química, Metalúrgica y de Materiales de la
Universidad Tecnológica de Tshwane (TUT), Pretoria, Sudáfrica; y Fundación
Nacional de Investigación (NRF), Sudáfrica.
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