Status and Development in Hydrogen Transport and Storage for Energy Applications

Energy Technology

Volumn 1, Issue 9, 2013, Pages 501-511

  Müller, Karsten ^a   Arlt, Wolfgang ^a  

^a UNIVERSITY OF ERLANGEN NUREMBERG   (Germany)

Author keywords

energy storage; hydrogen; porous materials; storage density; storage efficiency

Indexed keywords

ELECTRIC ENERGY STORAGE; ENERGY EFFICIENCY; ENERGY STORAGE; HYDROGEN; POROUS MATERIALS; STORAGE (MATERIALS);

ELECTRICITY EFFICIENCIES; ENERGY APPLICATIONS; GRAVIMETRIC STORAGE DENSITY; HYDROGEN ENERGY; HYDROGEN TRANSPORT; RESEARCH AND DEVELOPMENT; STORAGE DENSITIES; STORAGE EFFICIENCY;

HYDROGEN STORAGE;

EID: 85007567963     PISSN: 21944288     EISSN: 21944296     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/ente.201300055     Document Type: Review

References (148)

1. K. Zeng, D. Zhang, Prog. Energy Combust. Sci. 2010, 36, 307.
2. A. Goñi-Urtiaga, D. Presvytes, K. Scott, Int. J. Hydrogen Energy 2012, 37, 3358.
3. A. Haryanto, S. Fernando, N. Murali, S. Adhikari, Energy Fuels 2005, 19, 2098.
4. D. P. Harrison, Ind. Eng. Chem. Res. 2008, 47, 6486.
5. H. Balat, E. Kırtay, Int. J. Hydrogen Energy 2010, 35, 7416.
6. J. Rosenthal, J. Bachman, J. L. Dempsey, A. J. Esswein, T. G. Gray, J. M. Hodgkiss, D. R. Manke, T. D. Luckett, B. J. Pistorio, A. S. Veige, D. G. Nocera, Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 1316.
7. V. Mehta, J. S. Cooper, J. Power Sources 2003, 114, 32.
8. F. Barbir, PEM Fuel Cells: Theory and Practice, 2nd ed., Academic, Waltham, MA, 2012.
9. K. D. Kreuer, J. Membr. Sci. 2001, 185, 29.
10. N. Q. Minh, Solid State Ionics 2004, 174, 271.
11. K. Eguchi, T. Setoguchi, T. Inoue, H. Arai, Solid State Ionics 1992, 52, 165.
12. A. Atkinson, S. Barnett, R. J. Gorte, J. T. S. Irvine, A. J. McEvoy, M. Mogensen, S. C. Singhal, J. Vohs, Nat. Mater. 2004, 3, 17.
13. C. M. White, R. R. Steeper, A. E. Lutz, Int. J. Hydrogen Energy 2006, 31, 1292.
14. S. O. Akansu, Z. Dulger, N. Kahraman, T. N. Veziroğlu, Int. J. Hydrogen Energy 2004, 29, 1527.
15. H. Jin, M. Ishida, Int. J. Hydrogen Energy 2000, 25, 1209.
16. U. Eberle, M. Felderhoff, F. Schüth, Angew. Chem. 2009, 121, 6732;
17. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6608.
18. A. W. C. van den Berg, C. O. Areán, Chem. Commun. 2008, 668.
19. P. Chen, M. Zhu, Mater. Today 2008, 11, 36.
20. L. Schlapbach, A. Zuttel, Nature 2001, 414, 353.
21. V. A. Yartys, M. V. Lototsky in Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials: Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials (Eds.: T. N. Veziroglu, S. Y. Zaginaichenko, D. V. Schur, B. Baranowski, A. P. Shpak, V. V. Skorokhod), Kluwer Academic Press, Dordrecht, 2005, pp. 75-104.
22. J. Ivy, Summary of Electrolytic Hydrogen Production: Milestone Completion Report, National Renewable Energy Laboratory, GoldenCO, 2004.
23. S. P. S. Badwal, K. Foger, Ceram. Int. 1996, 22, 257.
24. F. Barbir, T. Gómez, Int. J. Hydrogen Energy 1997, 22, 1027.
25. W. Peschka, C. Carpetis, Int. J. Hydrogen Energy 1980, 5, 619.
26. S. M. Aceves, J. Martinez-Frias, O. Garcia-Villazana, Int. J. Hydrogen Energy 2000, 25, 1075.
27. S. A. Sherif, N. Zeytinoglu, T. N. Veziroğlu, Int. J. Hydrogen Energy 1997, 22, 683.
28. J. Wolf, MRS Bull. 2002, 27, 684.
29. J. O. Jensen, A. P. Vestbø, Q. Li, N. J. Bjerrum, J. Alloys Compd. 2007, 446–447, 723.
30. A. Züttel, Naturwissenschaften 2004, 91, 157.
31. K. Müller, J. Geng, J. Völkl, W. Arlt, Chem. Ing. Tech. 2012, 84, 1513.
32. H. Nishihara, P.-X. Hou, L.-X. Li, M. Ito, M. Uchiyama, T. Kaburagi, A. Ikura, J. Katamura, T. Kawarada, K. Mizuuchi, T. Kyotani, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 3189.
33. G. T. Palomino, C. P. Cabello, C. O. Areán, Eur. J. Inorg. Chem. 2011, 2011, 1703.
34. W. Wagner, Cryogenics 1972, 12, 214.
35. M. A. de La Casa-Lillo, F. Lamari-Darkrim, D. Cazorla-Amorós, A. Linares-Solano, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 10930.
36. Q. Wang, J. K. Johnson, J. Phys. Chem. B 1999, 103, 277.
37. A. C. Dillon, K. M. Jones, T. A. Bekkedahl, C. H. Kiang, D. S. Bethune, M. J. Heben, Nature 1997, 386, 377.
38. Z. Yang, Y. Xia, X. Sun, R. Mokaya, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18424.
39. M. Zieliński, R. Wojcieszak, S. Monteverdi, M. Mercy, M. M. Bettahar, Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 1024.
40. M. Zieliński, R. Wojcieszak, S. Monteverdi, M. Mercy, M. M. Bettahar, Catal. Commun. 2005, 6, 777.
41. A. J. Lachawiec, Jr., G. Qi, R. T. Yang, Langmuir 2005, 21, 11418.
42. H. Wang, Q. Gao, J. Hu, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7016.
43. M. Jordá-Beneyto, F. Suárez-García, D. Lozano-Castelló, D. Cazorla-Amorós, A. Linares-Solano, Carbon 2007, 45, 293.
44. Z. Yang, Y. Xia, R. Mokaya, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1673.
45. W. C. Xu, K. Takahashi, Y. Matsuo, Y. Hattori, M. Kumagai, S. Ishiyama, K. Kaneko, S. Iijima, Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 2504.
46. H. Takagi, H. Hatori, Y. Soneda, N. Yoshizawa, Y. Yamada, Mater. Sci. Eng. B 2004, 108, 143.
47. K. Xia, Q. Gao, C. Wu, S. Song, M. Ruan, Carbon 2007, 45, 1989.
48. Y. Gogotsi, R. K. Dash, G. Yushin, T. Yildirim, G. Laudisio, J. E. Fischer, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16006.
49. L. Chen, R. K. Singh, P. Webley, Microporous Mesoporous Mater. 2007, 102, 159.
50. H.-M. Cheng, Q.-H. Yang, C. Liu, Carbon 2001, 39, 1447.
51. C. Liu, Y. Y. Fan, M. Liu, H. T. Cong, H. M. Cheng, M. S. Dresselhaus, Science 1999, 286, 1127.
52. C. Liu, Y. Chen, C.-Z. Wu, S.-T. Xu, H.-M. Cheng, Carbon 2010, 48, 452.
53. R. Ströbel, J. Garche, P. T. Moseley, L. Jörissen, G. Wolf, J. Power Sources 2006, 159, 781.
54. G. G. Tibbetts, G. P. Meisner, C. H. Olk, Carbon 2001, 39, 2291.
55. N. B. McKeown, P. M. Budd, D. Book, Macromol. Rapid Commun. 2007, 28, 995.
56. N. B. McKeown, B. Gahnem, K. J. Msayib, P. M. Budd, C. E. Tattershall, K. Mahmood, S. Tan, D. Book, H. W. Langmi, A. Walton, Angew. Chem. 2006, 118, 1836;
57. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1804.
58. B. S. Ghanem, K. J. Msayib, N. B. McKeown, K. D. M. Harris, Z. Pan, P. M. Budd, A. Butler, J. Selbie, D. Book, A. Walton, Chem. Commun. 2007, 0, 67.
59. P. M. Budd, A. Butler, J. Selbie, K. Mahmood, N. B. McKeown, B. Ghanem, K. Msayib, D. Book, A. Walton, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1802.
60. J.-Y. Lee, C. D. Wood, D. Bradshaw, M. J. Rosseinsky, A. I. Cooper, Chem. Commun. 2006, 2670.
61. C. D. Wood, B. Tan, A. Trewin, H. Niu, D. Bradshaw, M. J. Rosseinsky, Y. Z. Khimyak, N. L. Campbell, R. Kirk, E. Stöckel, A. I. Cooper, Chem. Mater. 2007, 19, 2034.
62. J. L. C. Rowsell, O. M. Yaghi, Microporous Mesoporous Mater. 2004, 73, 3.
63. J. L. C. Rowsell, O. M. Yaghi, Angew. Chem. 2005, 117, 4748;
64. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4670.
65. D. J. Tranchemontagne, K. S. Park, H. Furukawa, J. Eckert, C. B. Knobler, O. M. Yaghi, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 13143.
66. Y. H. Hu, L. Zhang, Adv. Mater. 2010, 22, E117.
67. T. Mueller, G. Ceder, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 17974.
68. M. Latroche, S. Surblé, C. Serre, C. Mellot-Draznieks, P. L. Llewellyn, J.-H. Lee, J.-S. Chang, S. H. Jhung, G. Férey, Angew. Chem. 2006, 118, 8407;
69. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 8227.
70. G. Férey, M. Latroche, C. Serre, F. Millange, T. Loiseau, A. Percheron-Guégan, Chem. Commun. 2003, 24, 2976.
71. A. G. Wong-Foy, A. J. Matzger, O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3494.
72. J. L. C. Rowsell, A. R. Millward, K. S. Park, O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5666.
73. N. L. Rosi, J. Eckert, M. Eddaoudi, D. T. Vodak, J. Kim, M. O′Keeffe, O. M. Yaghi, Science 2003, 300, 1127.
74. D. N. Dybtsev, H. Chun, K. Kim, Angew. Chem. 2004, 116, 5143.
75. L. Pan, M. B. Sander, X. Huang, J. Li, M. Smith, E. Bittner, B. Bockrath, J. K. Johnson, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1308.
76. B. Kesanli, Y. Cui, M. R. Smith, E. W. Bittner, B. C. Bockrath, W. Lin, Angew. Chem. 2005, 117, 74;
77. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 72.
78. D. Zhao, D. Yuan, H.-C. Zhou, Energy Environ. Sci. 2008, 1, 222.
79. X. Lin, J. Jia, P. Hubberstey, M. Schroder, N. R. Champness, CrystEngComm 2007, 9, 438.
80. X. Zhao, B. Xiao, A. J. Fletcher, K. M. Thomas, D. Bradshaw, M. J. Rosseinsky, Science 2004, 306, 1012.
81. J. Dong, X. Wang, H. Xu, Q. Zhao, J. Li, Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 4998.
82. Y. Li, R. T. Yang, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 17175.
83. L. Regli, A. Zecchina, J. G. Vitillo, D. Cocina, G. Spoto, C. Lamberti, K. P. Lillerud, U. Olsbye, S. Bordiga, Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 3197.
84. H. W. Langmi, D. Book, A. Walton, S. R. Johnson, M. M. Al-Mamouri, J. D. Speight, P. P. Edwards, I. R. Harris, P. A. Anderson, J. Alloys Compd. 2005, 404, 637.
85. H. W. Langmi, A. Walton, M. M. Al-Mamouri, S. R. Johnson, D. Book, J. D. Speight, P. P. Edwards, I. Gameson, P. A. Anderson, I. R. Harris, J. Alloys Compd. 2003, 356, 710.
86. G. R. Wilson, W. K. Hall, J. Catal. 1970, 17, 190.
87. D. V. Bavykin, A. A. Lapkin, P. K. Plucinski, J. M. Friedrich, F. C. Walsh, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 19422.
88. S. H. Lim, J. Luo, Z. Zhong, W. Ji, J. Lin, Inorg. Chem. 2005, 44, 4124.
89. W. L. Mao, H.-k. Mao, A. F. Goncharov, V. V. Struzhkin, Q. Guo, J. Hu, J. Shu, R. J. Hemley, M. Somayazulu, Y. Zhao, Science 2002, 297, 2247.
90. V. V. Struzhkin, B. Militzer, W. L. Mao, H.-k. Mao, R. J. Hemley, Chem. Rev. 2007, 107, 4133.
91. W. L. Mao, H.-k. Mao, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 708.
92. H. Lee, J.-W. Lee, D. Y. Kim, J. Park, Y.-T. Seo, H. Zeng, I. L. Moudrakovski, C. I. Ratcliffe, J. A. Ripmeester, Nature 2005, 434, 743.
93. L. J. Florusse, C. J. Peters, J. Schoonman, K. C. Hester, C. A. Koh, S. F. Dec, K. N. Marsh, E. D. Sloan, Science 2004, 306, 469.
94. B. Sakintuna, F. Lamari-Darkrim, M. Hirscher, Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 1121.
95. D. J. Davidson, S. S. Sai Raman, O. N. Srivastava, J. Alloys Compd. 1999, 292, 194.
96. P. Wang, A. M. Wang, H. F. Zhang, B. Z. Ding, Z. Q. Hu, J. Alloys Compd. 2000, 313, 218.
97. K. J. Gross, P. Spatz, A. Züttel, L. Schlapbach, J. Alloys Compd. 1996, 240, 206.
98. B. Bogdanović, M. Schwickardi, J. Alloys Compd. 1997, 253–254, 1.
99. G. Sandrock, J. Alloys Compd. 1999, 293, 877.
100. S. V. Alapati, J. K. Johnson, D. S. Sholl, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8769.
101. W. Grochala, P. P. Edwards, Chem. Rev. 2004, 104, 1283.
102. G. Liang, J. Huot, S. Boily, A. Van Neste, R. Schulz, J. Alloys Compd. 1999, 291, 295.
103. K. L. Lim, H. Kazemian, Z. Yaakob, W. R. W. Daud, Chem. Eng. Technol. 2010, 33, 213.
104. J. Zhang, T. S. Fisher, P. V. Ramachandran, J. P. Gore, I. Mudawar, J. Heat Transfer 2005, 127, 1391.
105. J. Yang, A. Sudik, C. Wolverton, D. J. Siegel, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 656.
106. F. Schüth, B. Bogdanović, M. Felderhoff, Chem. Commun. 2004, 2249.
107. L. Zaluski, A. Zaluska, J. O. Ström-Olsen, J. Alloys Compd. 1999, 290, 71.
108. H. I. Schlesinger, H. C. Brown, A. E. Finholt, J. R. Gilbreath, H. R. Hoekstra, E. K. Hyde, J. Am. Chem. Soc. 1953, 75, 215.
109. Y. Kojima, K.-i. Suzuki, K. Fukumoto, M. Sasaki, T. Yamamoto, Y. Kawai, H. Hayashi, Int. J. Hydrogen Energy 2002, 27, 1029.
110. Z. Kurban, A. Lovell, S. M. Bennington, D. W. K. Jenkins, K. R. Ryan, M. O. Jones, N. T. Skipper, W. I. F. David, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 21201.
111. R. B. Biniwale, S. Rayalu, S. Devotta, M. Ichikawa, Int. J. Hydrogen Energy 2008, 33, 360.
112. M. Taube, P. Taube, Hydrogen Energy Prog., Proc. Third World Hydrogen Energy Conf., Pergamon, Oxford, 1980.
113. Y. Okada, E. Sasaki, E. Watanabe, S. Hyodo, H. Nishijima, Int. J. Hydrogen Energy 2006, 31, 1348.
114. D. Teichmann, W. Arlt, P. Wasserscheid, Int. J. Hydrogen Energy 2012, 37, 18118.
115. D. Teichmann, W. Arlt, P. Wasserscheid, ATZ Automobiltech. Z. 2012, 114, 430.
116. D. Klvana, J. Chaouki, D. Kusohorsky, C. Chavarie, G. M. Pajonk, Appl. Catal. 1988, 42, 121.
117. E. Newson, T. Haueter, P. Hottinger, F. von Roth, G. W. H. Scherer, T. H. Schucan, Int. J. Hydrogen Energy 1998, 23, 905.
118. N. F. Grünenfelder, Th. H. Schucan, Int. J. Hydrogen Energy 1989, 14, 579.
119. G. Maria, A. Marin, C. Wyss, S. Muller, E. Newson, Chem. Eng. Sci. 1996, 51, 2891.
120. O. Sultan, H. Shaw, NASA Tech. Rep. N 1975, 76, 33642.
121. G. P. Pez, A. R. Scott, A. C. Cooper, H. Cheng (Air Products and Chemicals, Inc.), Hydrogen storage by reversible hydrogenation of pi-conjugated substrates, US7101530 B2, 2006.
122. A. C. Cooper, D. E. Fowler, A. R. Scott, A. H. Abdourazak, H. Cheng, F. C. Wilhelm, B. A. Toseland, K. M. Campbell, G. P. Pez, Abstr. Pap. Am. Chem. Soc. 2005, 229, U868.
123. F. Sotoodeh, L. Zhao, K. J. Smith, Appl. Catal. A 2009, 362, 155.
124. Z. Wang, I. Tonks, J. Belli, C. M. Jensen, J. Organomet. Chem. 2009, 694, 2854.
125. D. Teichmann, W. Arlt, P. Wasserscheid, R. Freymann, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2767.
126. N. Brückner, K. Obesser, A. Bösmann, D. Teichmann, W. Arlt, J. Dungs, P. Wasserscheid, ChemSusChem, doi/10.1002/cssc.201300426.
127. Z. Jiang, T. Xiao, V. L. Kuznetsov, P. P. Edwards, Philos. Trans. R. Soc. A 2010, 368, 3343.
128. M. Sterner, Bioenergy and Renewable Power Methane In Integrated 100 % Renewable Energy Systems: Limiting Global Warming by Transforming Energy Systems, Kassel University, Kassel, 2010.
129. H. J. F. Stroud, K. R. Tart (British Gas Coroporation), Production of Substitute Natural Gas, US4133825 A, 1979.
130. D. H. Kim, J. W. Ryu, E. H. Choi, G. T. Gong, H. Lee, B. G. Lee, D. J. Moon, Catal. Today 2008, 136, 266.
131. M. Krumpelt, T. R. Krause, J. D. Carter, J. P. Kopasz, S. Ahmed, Catal. Today 2002, 77, 3.
132. P. Sabatier, Ind. Eng. Chem. 1926, 18, 1005.
133. P. Kaiser, R. B. Unde, C. Kern, A. Jess, Chem. Ing. Tech. 2013, 85, 489.
134. F. Fischer, H. Tropsch, Ber. Dtsch. Chem. Ges. A/B 1926, 59, 830.
135. G. A. Olah, Angew. Chem. 2005, 117, 2692;
136. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 2636.
137. G. A. Olah, A. Goeppert, G. K. Surya Prakash, Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy, 2nd Updated and Enlarged Ed., Wiley, New York, 2009.
138. Renewable Energy: Economics, Emerging Technologies and Global Practices (Ed.: A. Poullikkas), Nova Science Inc., New York, 2013.
139. C. G. Bauer, T. W. Forest, Int. J. Hydrogen Energy 2001, 26, 55.
140. J. M. Ogden, M. M. Steinbugler, T. G. Kreutz, J. Power Sources 1999, 79, 143.
141. Z. H. Huang, D. M. Jiang, K. Zeng, B. Liu, Z. L. Yang, Proc. Inst. Mech. Eng. Part D 2003, 217, 595.
142. A. Boddien, D. Mellmann, F. Gärtner, R. Jackstell, H. Junge, P. J. Dyson, G. Laurenczy, R. Ludwig, M. Beller, Science 2011, 333, 1733.
143. T. C. Johnson, D. J. Morris, M. Wills, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 81.
144. S. Enthaler, J. von Langermann, T. Schmidt, Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1207.
145. J. Yun, F. Jin, A. Kishita, K. Tohji, H. Enomoto, J. Phys. Conf. Ser. 2010, 215, 012125.
146. K. Lovegrove, A. Luzzi, I. Soldiani, H. Kreetz, Solar Energy 2004, 76, 331.
147. J. J. Vajo (Hrl Laboratories, Llc), Ammonia fuel cell, US7157166 B2, 2007.
148. D. W. Assenbaum, J. Beil, D. Schmitt, N. Taccardi, P. Wasserscheid, Chem. Ing. Tech. 2010, 82, 1329.