การพัฒนาโลหะผสมแมกนีเซียมด้วยสารเติม สำหรับการกักเก็บก๊าซไฮโดรเจน เพื่อเป็นพลังงานทางเลือก

Abstract

แมกนีเซียมไฮไดร์ท (MgH2) เป็นวัสดุสำคัญชนิดหนึ่งในวัสดุกักเก็บพลังงานไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม กระบวนการทางจลศาสตร์และอุณหพลศาสตร์ของ การสร้างพันธะกับไฮโดรเจนเพื่อกักเก็บพลังงานยังต้องการการพัฒนาอีกมาก วิธีการหนึ่งในการปรับปรุงศักยภาพในการกักเก็บไฮโดรเจน คือ การทำโลหะผสม ตัวอย่างเช่น การผสมแมกนีเซียมกับอลูมิเนียม ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสามารถลดความร้อนที่ต้องการสำหรับการเกิดการสร้างพันธะกับไฮโดรเจน และพัฒนา ความต้านทานการเกิดปฏิกิริยากับอากาศได้ ในขณะที่การเติมกราไฟต์ช่วยเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะกับไฮโดรเจนให้กับแมกนีเซียมบริสุทธิ์ได้ ในการศึกษานี้ต้องการศึกษาอิทธิพลร่วมกันระหว่างอลูมิเนียมกับกราไฟต์ที่มีต่อจลศาสตร์และความต้านทานการเกิดปฏิกิริยากับอากาศ โดยเลือกศึกษาองค์ประกอบของโลหะผสมแมกนีเซียมอลูมิเนียมที่สัดส่วน โดยจำนวนอะตอมที่ 60 ต่อ 40 (Mg60Al40 system) โดยการเตรียมโลหะผสมด้วยการบดด้วยหม้อบดพลังงานสูง (high-energy ball milling, HEBM) และมีการศึกษาอิทธิพลของเงื่อนไขในการบดประกอบด้วย ความแตกต่างของพลังงานในการบด ปริมาณการผสมกราไฟต์ และระยะเวลาในการสัมผัสกับอากาศ มีการวิเคราะห์โครงสร้าง โดยใช้เครื่อง X-ray diffraction (XRD) และ Scanning Electron Microscopy (SEM) คุณสมบัติของวัสดุในการดูดซับและการคายก๊าซไฮโดรเจนได้มีการตรวจสอบผ่านระบบกรวิเคราะห์เชิงปริมาตรด้วยระบบ ซีเวิตส์ (Sieverts-type apparatus) และมีการวิเคราะห์พลังงานในการกระตุ้นการคายก๊าซไฮโดรเจนด้วยเครื่อง Differential Scanning Calorimetry (DSC) ด้วยหลักการของคิซซิงเจอร์ (Kissinger analysis) โลหะผสมแมกนีเซียมอลูมิเนียม (Mg60Al40) และการผสมกราไฟต์ ร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก แสดงให้เห็นว่าจลศาสตร์ของการปฏิกิริยาของโลหะผสมเพิ่มขึ้นซึ่งพบทั้งโลหะผสมที่เตรียมขึ้นใหม่และโลหะผสมที่ผ่านการสัมผัสกับอากาศเป็นเวลา 2 ปี กราไฟต์ที่เติมเข้ำไปทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการดูดซึมและการคายก๊าซไฮโดรเจนให้กับโลหะผสมแมกนีเซียมอลูมิเนียมซึ่งเตรียมโดยกระบวนการบดผสม และการเติมกราไฟต์ช่วยลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาคายก๊าซไฮโดรเจน จากค่า 189 KJ/mol ไปสู่ 134 KJ/mol จลศาสตร์ที่เร็วขึ้น พลังงานความร้อนของการเกิดปฏิกิริยาที่ลดลง และความต้านทานการเกิดเสียสภาพเมื่อสัมผัสกับอากาศ ของแมกนีเซียมอลูมิเนียมนี้ทำให้วัสดุนี้ในการพัฒนาไปสู่วัสดุกักเก็บพลังงานไฮโดรเจนที่มีศักยภาพมากขึ้น โดยเฉพาะการใช้งาน ในลักษณะของถังกักเก็บไฮโดรเจน