Magnesium Metal Scrapes for Fuel Cell Applications

This proposed project describes an innovative method to engage the fabrication of a high-capacity hydrogen storage system, starting from SW Mg scrap metal. This project is expected to generate novel results of utilizing scraped metal alloys for hydrogen storage systems with advanced properties. As far as the authors know, such work has never been done/reported elsewhere, such that it could open new horizons for the industrial fabrication of MgH2 materials at a low cost. Thus, success of the project will lead to establishing a distinctive SW management approach at KISR, by which different sources of SW can be used to produce high-impact hydrogen storage materials. Additionally, it is expected that the results that will be generated from this project can find excellent opportunities for publications in high-cited energy and environmental journals. Moreover, the methodology proposed in this project, which is novel, may be granted an international patent. The anticipated outcomes of the project can be summarized as the following: • A developed cost-effectiveness process for the recycling of Mg-SW to obtain pure Mg- (99.99 wt%) metal from SW sources; • Fabrication of synthetic nanocomposite catalytic system of 30 wt% Nb2O5/69 wt% Cr2O3/0.5 wt% VC/0.5 wt% graphene powders, used for improving the behavior of MgH2 system; • Production of MgH2-based nanocomposite powders with the f properties as follows: o Hydrogen density (wt % H2) of 5.5–6 wt %, o Fast rate of hydrogenation and dehydrogenation (50 s/140 s), o A low temperature of hydrogenation (150oC) and dehydrogenation (200–225oC), o A low hydrogenation pressure (2–3 bar), o Dehydrogenation pressure closed (~ 200 mbar) to the atmospheric pressure, and o Long-cycle life time (cycles) extended to 2000 cycles without degradations. • Hydrogen PEM-FC light-electric cart.

ليس من ثمة شك، فإن فلز الماغنسيوم وسبائكه يحظيان على اهتمام كبير لكونهما من أهم المواد المخزنة لغاز الهيدروجين في الحالة الصلبة وذلك على صورة مركب هيدريدات الماغنسيوم. بيد أن هذا المركب يحتاج إلى معالجات حرارية وميكانيكية قبل استخدامه في مجال توليد الطاقة النظيفة النابعة من الهيدروجين. يرجع هذا في الأساس إلى الثبات الحرارى للمركب، وبطئه في إنجاز عمليتي شحن وتفريغ الهيدروجين في وقت قصير وعند درجات حرارة منخفضة .ويقدم المقترح البحثى هنا طريقة اقتصادية تستخدم للمرة الأولي يتم من خلالها استغلال النفايات الصلبة لعنصر الماغنسيوم المتخلف عن عمليات السبك في ورش المسابك وذلك في تحضير قاعدة فلزية للماغنسيوم يتم دمجها مع محفزات نانونية الأبعاد تعمل جميعها في منظومة واحدة ترمى إلى تخليق مساحيق لمتراكبات نانونية الأبعاد تتمتع بقدرة عالية على تخزين الهيدروجين وتفريغه بديناميكية عالية وذلك عند درجات حرارة منخفضة. كما يرمى المشروع إلى تصنيع مفاعل هيدروجينى سعة 5 لتر يتم تزويده بخلية وقود قدرة 2000 وات تعمل على تحويل غاز الهيدروجين المنبعث من متراكبات هيدريدات الماغنسيوم المشحونة داخل المفاعل وتحويله إلى طاقة كهربية يتم استغلالها في إدارة مركبة كهربية خفيفة قدرة 800 وات / 36 فولت. هذا ويتألف المشروع المقدم هنا من سبعة مهام هي؛ المهمة الأولي: تتعلق بشراء المواد وتجهيز الأجهزة المعملية الخاصة بالمشروع، المهمة الثانية: تجهيز ومعالجة سبيكة مواد النفايات الصلبة للماغنسيوم وتأهيلها، المهمة الثالثة: إنتاج مساحيق لهيدريدات الماغنسيوم ومعالجتها ميكانيكيا، المهمة الرابعة: تعين الخواص البلورية والمورفولوجية للمواد المنتجة، المهمة الخامسة : تعيين الخواص الحرارية والهيدروجينية، المهمة السادسة : تصنيع مفاعل هيدروجينى يستخدم في إدارة مركبة كهربائية خفيفة ، أما المهمة السابعة فهى تختص بكتابة التقارير. ويستغرق تنفيذ هذا المشروع نحو 24 شهرا بتكلفة إجمالية تربو إلى 83,500دينار كويتي.

Magnesium (Mg) and its alloys have received significant attention as promising hydrogen storage materials. However, this binary system has high hydrogen capacity; its high thermal stability and slow de/hydrogenation kinetics at rather high temperatures are considered major barriers for real applications. This project aims at utilizing the solid-waste Mg metal (precursor) yielded from foundries to produce high-capacity Mg-based hydrogen storage systems catalyzed with selected catalytic agents. It is expected that the fabricated nanocomposite systems will possess improved de/hydrogenation kinetics at a lower temperature. The present study aims at manufacturing a 5-L -prototype reactor for running a light electric golf -cart (800 W/36 V/DC) through 2,000 W/36 V fuel cell. The work in the project will be tackled through 7 tasks. Task 1 is focused on mobilization; Task 2 will be devoted to treat and purify the as-received solid waste Mg. The as-treated Mg metal will be employed as feedstock material to prepare ultrafine metal magnesium hydride (MgH2) powder (Task 3). The crystal structure and morphological characteristics of the as-prepared metal hydrides will be investigated in Task 4, where their thermal stabilities and hydrogenation properties will be determined experimentally in Task 5. Task 6 will focus on the manufacturing of the hydrogen reactor to be used for generating the required hydrogen to operate a fuel cell cart. The reports will be prepared in Task 7. The work on this project requires 24 mo. to be completed, with an estimated budget of KD 83,500.