TiMn2 Based Metal Hydrides for Hydrogen Compression Applications: Numerical and Experimental Approach

Abstract

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física de Materiales. Fecha de lectura: 29-06-2018Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 29-12-2019Se ha diseñado, modelado y estudiado un sistema de compresor de hidrógeno de tres etapas a partir de hidruros metálicos de tipo AB2, considerando aproximaciones tanto experimentales como numéricas. Se utilizó un programa de selección para evaluar varios tipos de aleaciones de la literatura a través de la implementación de restricciones de operación del sistema del compresor y de la termodinámica básica de los hidruros. A partir de las aleaciones seleccionadas, se han utilizado métodos de síntesis y caracterización experimental (composicional, estructural, morfológica, termodinámica y cinética) sobre estos materiales, para analizar el comportamiento de estas aleaciones y también para utilizar estos datos como entrada de las simulaciones. Asimismo, se estudiaron las propiedades mecánicas de uno de los hidruros seleccionados, obteniendo parámetros fundamentales para el diseño del sistema como la porosidad, el factor de empaquetamiento en estado hidrogenado y la interacción de las partículas con el reactor. Se desarrolló un algoritmo en Matlab® considerando ecuaciones de estado reales del H2 gas, los modelos termodinámicos y también los datos experimentales termodinámicos de los materiales seleccionados. Finalmente, se ensambló, configuró y utilizo un sistema de medición para la compresión de H2 gas en tres etapas, con el fin de realizar experimentos de compresión, estudiar en detalle el comportamiento de estos sistemas y comparar los valores experimentales obtenidos con los simuladosA three stage Metal Hydride Hydrogen Compressor system based on AB2-type alloys have been designed, modelled and studied, on the basis of both experimental and numerical approaches. A selection program was used to evaluate several types of alloys from literature through the implementation of MHHC operation restrictions and basic thermodynamics of the hydrides. From the alloys selected, the synthesis methods and a complete experimental characterization (compositional, structural, morphological, thermodynamic and kinetic) has been developed to understand the behavior of the alloys and also use this data as an input of the simulations. Furthermore, the mechanical properties of one of the alloys selected was studied, obtaining key parameters for the design of the system, such as, porosity, hydrogenated packing fraction and the interaction between the particles and the reactor. A further algorithm was developed in Matlab® considering suitable real H2 gas EOS, thermodynamic models and also the thermodynamic experimental data from the materials selected. Finally, a three stage MHHC measurement system was assemble, set-up and used to perform compression experiments, study in detailed the behavior of these systems and compare the experimental values obtained with the simulated one