Gravimetric tank method to evaluate material-enhanced hydrogen storage by physisorbing materials

文献情報

出版日 2018-10-19
DOI 10.1039/C8CP05241G
インパクトファクター 3.676
著者

Artem Iakunkov, Alexey Klechikov, Jinhua Sun, Timothy Steenhaut, Sophie Hermans, Yaroslav Filinchuk, Alexandr Talyzin


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要旨

The most common methods to evaluate hydrogen sorption (volumetric and gravimetric) require significant experience and expensive equipment for providing reproducible results. Both methods allow one to measure excess uptake values which are used to calculate the total amount of hydrogen stored inside of a tank as required for applications. Here we propose an easy to use and inexpensive alternative approach which allows one to evaluate directly the weight of hydrogen inside a material-filled test tank. The weight of the same tank filled with compressed hydrogen in the absence of loaded material is used as a reference. We argue that the only parameter which is of importance for hydrogen storage applications is by how much the material improves the total weight of hydrogen inside of the given volume compared to compressed gas. This parameter which we propose to name Gain includes both volumetric and gravimetric characterization of the material; it can be determined directly without knowing the skeletal volume of the material or excess sorption. The feasibility of the Gravimetric Tank (GT) method was tested using several common carbon and Metal Organic Framework (MOF) materials. The best Gain value of ∼12% was found for the Cu-BTC MOF which means that the tank completely filled with this material stores a 12% higher amount of hydrogen compared to H2 gas at the same P–T conditions. The advantages of the GT method are its inexpensive design, extremely simple procedures and direct results in terms of tank capacity as required for industrial applications. The GT method could be proposed as a standard check for verification of the high hydrogen storage capacity of new materials. The GT method is expected to provide even better accuracy for evaluation of a material's performance for storage of denser gases like e.g. CO2 and CH4.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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