Stability of magnesium-based nanoparticles for hydrogen storage

Promoties: dhr. G. Krishnan, 14.45 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Stability of magnesium-based nanoparticles for hydrogen storage

Promotor(s): prof.dr.ir. B.J. Kooi, prof.dr. J.T.M. de Hosson

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

 

Stabielere magnesium nanodeeltjes

Het belangrijkste doel van het proefschrift van Gopi Krishnan was het analyseren en begrijpen van de structurele veranderingen die optreden in magnesium nanodeeltjes tijdens waterstofabsorptie/-desorptie en warmtebehandelingen.

Tijdens het onderzoek werd Krishnan geconfronteerd met de thermische instabiliteit van de magnesium nanodeeltjes. Nanodeeltjes met afmetingen tussen de 10 en 50 nm bleken gevoelig voor verdamping en de vorming van interne holtes. Slechts de MgO schil van ongeveer 3 nm dik blijft achter na verhitting gedurende een aantal uur bij 300 graden celsius. Cruciaal is dat bij het verkleinen van de nanodeeltjes de verdamping van magnesium wordt versneld omdat kleinere nanodeeltjes een hogere dampdruk hebben.

Verschillende strategieën zijn onderzocht die de thermische stabiliteit van magnesium nanodeeltjes verhogen:

(i) Toevoeging van koper voorkomt vorming van holtes tijdens de productie van de nanodeeltjes en vermindert de verdamping van magnesium tijdens warmtebehandelingen;

(ii) Het vormen van een legering kan Mg verdamping voorkomen; Mg met Ni vormt thermisch stabiele MgNi₂ nanodeeltjes met een Ni schil die voorkomt dat Mg verdampt tijdens warmtebehandelingen;

(iii) Het bedekken van magnesium nanodeeltjes met een titaanfilm onderdrukt de verdamping van magnesium tijdens warmtebehandelingen.

Daarnaast werd ontdekt hoe de aanwezigheid van zuurstof in de MgO-schil rond de Mg-kern zeer cruciaal is voor de stabiliteit van de magnesium nanodeeltjes. De toevoeging van titaan aan het magnesium sputtertarget vermindert de grootte(verdeling) van magnesium nanodeeltjes en verkleint de dikte van de beschermende MgO schil rond nanodeeltjes kleiner dan 10 nm. Het gevolg is dat de verdamping van magnesium wordt versneld en er een lege MgO schil overblijft.

Gopi Krishnan (India, 1981) studeerde Materials Science aan de Anna University in Madras. Het onderzoek werd uitgevoerd bij het Zernike Institute for Advanced Materials van de RUG .