Optimización del tamaño del poro mediante Dinámica Molecular para la adsorción de hidrógeno y oxígeno sobre grafito nanoporoso

A. SIGAL; M. VILLARREAL; M.I. ROJAS; E.P.M. LEIVA

Carlos Paz

Workshop; NANO-Córdoba; 2012

Universidad Nacional de Córdoba

El hidrógeno es uno de los candidatos más promisorios como portador limpio de energías renovables, las cuales representan una proporción cada vez más creciente en la matriz energética mundial. Tiene la ventaja que presenta una densidad de energía tres veces más grande que la de los combustibles fósiles. Una de las dificultades a resolver para el almacenamiento de hidrógeno en materiales basados en carbono, reside en que las densidades volumétrica y gravimétrica que soportan estos sistemas, todavía no son satisfactorias. Este problema es de relevancia para las aplicaciones móviles, en un sistema de celdas de combustible de hidrógeno con almacenamiento tecnológicamente eficiente y compacto, y económicamente viable. Por otro lado, se ha demostrado que el oxígeno, aún a presiones cercanas al ultra alto vacío, resulta ser un importante interferente en la adsorción de hidrógeno, disminuyendo considerablemente la capacidad de almacenamiento del mismo sobre materiales carbonosos híbridos. Debe considerarse un nuevo requerimiento para la síntesis de este tipo de materiales: la restricción del oxígeno y otros gases interferentes en el almacenador [1-2]. En este trabajo, mediante simulaciones de Dinámica Molecular, se estudia el tamaño de poro óptimo en grafito. Las isotermas de adsorción de hidrógeno en exceso indican que el tamaño de poro óptimo es de 6.5 y 7.5 Å. Para una presión de hidrógeno de 300 bar, sobre un material de grafito de 7.0 Å la capacidad de almacenamiento es de 2.25% P/P. Para separaciones menores a los 5.5 Å, el hidrógeno no entra dentro en los poros y para poros de entre 9.0 a 10.0 Å se observa una doble capa de adsorción entre las láminas de grafito. Para poros de entre 8.0 y 9.0 Å, el oxígeno también presenta una doble capa de adsorción. Cuando en fase gaseosa se consideran mezclas de hidrógeno (99,8%) y oxígeno (0,2%) en interacción con grafito con poros de 7.0 Å (tamaño óptimo), se observa que luego de 700 ciclos de carga/descarga el material ya no adsorbe hidrógeno, debido a la progresiva contaminación con oxígeno del sistema. [1] A. Sigal, M.I. Rojas, E.P.M. Leiva, ?Interferents for hydrogen storage on a graphene sheet decorated with nickel: A DFT study? Int. J. of Hydrogen Energy 36, 3537-3546 (2011). [2] A. Sigal, M.I. Rojas, E.P.M. Leiva, ?Is Hydrogen Storage Possible in Metal-Doped Graphite 2D Systems in Conditions Found on Earth??, Phys. Rev. Lett. 107, 158701 (2011).