Hydrogen storage capacity of commercially available carbon materials at room temperature

Kajiura, Hisashi; Tsutsui, Shigemitsu; Kadono, Koji; Kakuta, Masaya; Ata, Masafumi; Murakami, Yuri

doi:10.1063/1.1555262

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“…[3] Since the SSA for two sides of a graphene sheet is 2620 m 2 /g [5] -2965 m 2 /g [6] , ~3 wt.% appears to be the limit for low-temperature, ambient pressure storage. This, along with low measured hydrogen uptake at room temperature, [3,7] and numerous errors in the measurements of hydrogen uptake by carbon nanostructures, led to loss of confidence in carbon's potential for hydrogen storage.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Carbide-Derived Carbons: Effect of Pore Size on Hydrogen Uptake and Heat of Adsorption

Yushin

Dash

Jagiełło³

et al. 2006

Adv. Funct. Mater.

380

259

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Cryoadsorption is a promising method of enhancing gravimetric and volumetric onboard H 2 storage capacity for future transportation needs. Inexpensive carbide-derived carbons (CDCs), produced by chlorination of metal carbides, have up to 80 % open-pore volume with tunable pore size and specific surface area (SSA). Tuning the carbon structure and pore size with high sensitivity by using different starting carbides and chlorination temperatures allows rational design of carbon materials with enhanced C-H 2 interaction and thus increased H 2 storage capacity. A systematic experimental investigation of a large number of CDCs with controlled pore size distributions and SSAs shows how smaller pores increase both the heat of adsorption and the total volume of adsorbed H 2 . It has been demonstrated that increasing the average heat of H 2 adsorption above 6.6 kJ mol -1 substantially enhances H 2 uptake at 1 atm (1 atm = 101 325 Pa) and -196 °C. The heats of adsorption up to 11 kJ mol -1 exceed values reported for metal-organic framework compounds and carbon nanotubes. Cryo-adsorption is a promising method of enhancing gravimetric and volumetric onboard H 2 storage capacity for the future transportation needs. Inexpensive carbide-derived carbons (CDC), produced by chlorination of metal carbides, have up to 80% open pore volume with tunable pore size and specific surface area (SSA). Tuning the carbon structure and pore size with high sensitivity by using different starting carbides and chlorination temperatures allows rational design of carbon materials with enhanced C-H 2 interaction and thus increased hydrogen storage capacity. Systematic experimental investigation of a large number of CDC with controlled pore size distributions and SSA show how smaller pores increase both the heat of adsorption and the total volume of adsorbed H 2 . It has been demonstrated that increasing the average heat of H 2 adsorption above 6.6 kJ/mol substantially enhances H 2 uptake at 1 atm and -196 o C. The heats of adsorption up to 11 kJ/mol exceed values reported for metal-oxide framework compounds and carbon nanotubes.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Carbide-Derived Carbons: Effect of Pore Size on Hydrogen Uptake and Heat of Adsorption

Yushin

Dash

Jagiełło³

et al. 2006

Adv. Funct. Mater.

380

259

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“…A lot of new carbon materials such as carbon nano tubes (CNTs), activated carbon, and hydrogenated nano-structural graphite (C nano H x ) have been researched to create more efficient hydrogen storage materials. [4][5][6][7][8][9][10][11][12] Among these new carbon materials, we have paid attention to hydrogenated nanostructural graphite. C nano H x is synthesized from graphite by the ball-milling under H 2 gas atmosphere.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Microscopic characterization of metal-carbon-hydrogen composites (metal = Li, Mg)

Isobe

Yamada

Wang

et al. 2013

Journal of Applied Physics

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Li-C-H system, which can store about 5.0 mass% of rechargeable H 2 , has been reported as a promising hydrogen storage system by Ichikawa et al. [Appl. Phys. Lett. 86, 241914 (2005); Mater. Trans. 46, 1757Trans. 46, (2005]. This system was investigated from the thermodynamic and structural viewpoints. However, hydrogen absorption/desorption mechanism and the state of hydrogen atoms absorbed in the composite have not been clarified yet. In order to find new or better hydrogen storage system, graphite powder and nano-structural graphite ball-milled under H 2 and Ar atmosphere were prepared and milled with Li and Mg under Ar atmosphere in this study. Microstructural analysis for those samples by transmission electron microscope revealed that LiC 6 and/or LiC 12 were formed in Li-C-H system. On the other hand, MgC 2 was found in Mg-C-H system ball-milled under H 2 atmosphere, but not in the system ball-milled under Ar atmosphere. These results indicated that nano-structure in composites of nano-structural graphite is different from that of alkali (-earth) metal. For these reasons, metal-C-H system can be recognized to be a new family of hydrogen storage materials. V C 2013 AIP Publishing LLC.

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“…Algumas dessas aplicações encontram-se atualmente em fase comercial, ao passo que outras estão ainda em fase de testes, como discutido criticamente num artigo de revisão publicado na revista Science 7 . Em particular, a utilização dos NC para armazenamento de hidrogênio é tema ainda controverso 29 . Atualmente, o alto custo, a falta de controle sobre o processo (tipo, comprimento e diâmetro do nanotubo formado) e limitações ao processo de purificação constituem sérios obstáculos para a maioria das aplicações dos NC.…”

Section: Aplicações Dos Nanotubos De Carbonounclassified

“…Além disso, esse material deve ser estável ao longo da ciclagem de hidrogênio e possuir características termodinâmicas e cinéticas adequadas tanto para o transporte como para o desenvolvimento de dispositivos portáteis 29 , os quais poderiam ser aplicados para mover veículos com células a combustí-vel 38 . A tecnologia dos nanotubos de carbono representa uma nova fronteira para o armazenamento de hidrogênio, especialmente se esses materiais puderem ser modificados para armazenar grandes quantidades de hidrogênio à temperatura ambiente.…”

Section: Armazenamento De Hidrogêniounclassified

Tecnologia dos nanotubos de carbono: tendências e perspectivas de uma área multidisciplinar

2004

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Recebido em 3/11/03; aceito em 26/4/04; publicado na web em 27/8/04 TECHNOLOGY OF CARBON NANOTUBES: TRENDS AND PERSPECTIVES OF A MULTIDISCIPLINARY AREA. An overview of the properties of carbon nanotubes is presented as a function of the structural characteristics and of the method of synthesis of these novel advanced materials. Emphasis is given to the catalytic decomposition of hydrocarbons over metal-supported catalysts and also the role of the support in obtaining homogeneous carbon nanotubes in high yelds is discussed. Some potential and real applications of carbon nanotubes are presented in a perspective view.Keywords: carbon nanotubes; sol-gel; nanotechnology. INTRODUÇÃOA nanotecnologia vem despertando muito interesse nas comunidades científicas, e principalmente ao longo das últimas décadas muitos esforços foram feitos no sentido de atingir o tão desejado controle em nível atômico e molecular sobre os processos industriais. Com o surgimento dos materiais nanométricos, e em função deles, novas téc-nicas de caracterização foram projetadas e implementadas.Um dos frutos desse interesse pelo domínio das pequenas dimensões foi a obtenção serendípica dos nanotubos de carbono (NC) sintetizados pela primeira vez em 1991 por Iijima 1 , usando o processo de pirólise de grafite em plasma sob atmosfera controlada de hélio. Apesar da contemporaneidade dessa descoberta, é curioso notar que já em 1889, numa patente norte-americana, foi relatado que filamentos de carbono podem ser formados a partir de hidrocarbonetos, em cadinhos de metal em altas temperaturas 2 . Pode-se dizer que a descoberta de Iijima, em conjunto com os fulerenos descobertos por Kroto, Smalley e Curl em 1985 3 , abriu uma nova fronteira na química e na física do carbono.A diversidade das aplicações, reais ou potenciais, dos NC, assim como a necessidade de controlar as morfologias apropriadas para sua utilização, fazem da pesquisa nesta área do conhecimento um trabalho de característica eminentemente multidisciplinar, envolvendo fatores que definem o sucesso de suas aplicações, tais como rota de síntese, processamento em formas variadas e qualidade dos NC.O presente trabalho tem por objetivo mostrar as características principais dos NC, os métodos de síntese, purificação e isolamento, caracterização, manipulação e algumas aplicações desses novos materiais carbonosos. Em especial, a ênfase deste trabalho são os nanotubos de carbono de paredes múltiplas. Nanotubos de carbonoOs NC são formados de arranjos hexagonais de carbono que originam pequenos cilindros. Eles usualmente têm uma faixa de diâmetro de poucos angstrons a dezenas de nanômetros e podem ter comprimento acima de vários centímetros 4 . Do ponto de vista estrutural, há dois tipos de NC que podem apresentar alta perfeição 5 : os nanotubos de carbono de parede simples (NCPS), que podem ser considerados como uma única folha de grafite enrolada sobre si mesma para formar um tubo cilíndrico, e os nanotubos de carbono de parede múltipla (NCPM) que compreendem um conjunto de nanotubos concêntricos, n...

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Hydrogen storage capacity of commercially available carbon materials at room temperature

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Carbide-Derived Carbons: Effect of Pore Size on Hydrogen Uptake and Heat of Adsorption

Carbide-Derived Carbons: Effect of Pore Size on Hydrogen Uptake and Heat of Adsorption

Microscopic characterization of metal-carbon-hydrogen composites (metal = Li, Mg)

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