This paper presents investigations on the long-term cycling stability as well as the thermal stability of the hydriding–dehydriding properties of nanostructured MgH2 with 0.2 mol.% Cr2O3 catalyst additions synthesized by ball milling. The hydrogen charge and discharge stability of the nanocomposite hydride has been tested at 300 °C for up to 1000 cycles. Between the first and the 500 or 1000 cycle, an increase of hydrogen storage capacity by about 8% is observed in dynamic and pcT measurements. This is attributed to structural relaxations and crystallite growth. While absorption kinetics remain almost as fast as in the first cycle, the kinetics curves show a significant and systematic slow-down of the desorption rates by about a factor of four. Evaluation of X-ray patterns before and after 1000 cycles reveals crystallite growth from initially 21 nm to 84 nm after 1000 cycles. This microstructural coarsening during cycling may explain the decreasing desorption rate of the nanocrystalline magnesium based composite. Annealing experiments of the as-milled material show, that the microstructural coarsening is rather slow at temperatures up to 350 °C, while exposure to 400 °C over 55 h leads to coarsening of the crystallite size and concomitant loss of the excellent kinetic properties.

We have investigated the effect of prolonged cycling on the hydriding/dehydriding properties and on the structure of nanocrystalline MgH2–V composite produced by high-energy ball milling. The hydrogen charge and discharge kinetics of the nanocomposite hydride were tested at 300°C using up to 2000 cycles. Pressure composition isotherms at 300°C were also carried out. The nanocomposite exhibits good reversibility in its hydrogenation/dehydrogenation curves after 2000 cycles. The results show some improvements in hydrogen capacity during cycling; this enhanced H-solubility is believed to be the result of structural relaxation. The sample resistance to hydrogen decrepitation was also evaluated via additional experiments involving SEM, BET specific surface area and X-ray crystal structure characterisations. These observations indicate that the nanostructured Mg-based composite does not decrepitate much upon cycling. However, a slight deterioration in the discharge rate of the nanocrystalline magnesium hydride is observed, apparently related to the crystal growth during cycling.

The use of metal hydride technology in hydrogen compression applications requires thorough knowledge of important thermophysical and sorption properties of selected hydrogen absorbing alloys. Three intermetallics, LaNi4.8Sn0.2, LmNi4.9Sn0.1 and MmNi4.7Al0.3 were selected among various alloys of the AB5 family for use in a thermal hydrogen compressor and allow us to reach an outlet pressure of 20 atm. In this context, pressure–composition isotherms (PCT) at various temperatures included in the thermal operation range of the compressor were measured for the three alloys. Differential scanning calorimetry was used to determined their specific heats and effective thermal conductivities. A LaNi4.8Sn0.2 sample was also cycled 1000 times to test for its long term stability, and no significant change in sorption properties was detected, except for a small decrease of 0.05% hydrogen weight in total capacity and a small hysteresis reduction.

A three-stage metal hydride based hydrogen compressor prototype was built. It has been designed for a hydrogen production facility using a low-pressure alkaline electrolyser. The compression system should transfer heat recovered from the electrolyser into the hydride beds to allow hydrogen desorption flow. The three-stage compressor achieves a compression ratio of 20:1 atm. It performs a thermal cycling of three AB5 hydrides between 20 and 80 °C. Its flow rate, for 25 g of each hydride bed, reaches about 20 l (NTP) of hydrogen per hour. The prototype is now operational. Some improvements in the heat transfer management system are also carried out before proceeding to the interconnection with the electrolyser and to the extent that the hydrogen produced satisfies the high purity requirement of the hydrides used in the compressor.

Single-wall carbon nanotubes (SWNTs) were examined as catalysts for improving the hydrogen absorption and desorption properties of Ti/Zr-doped NaAlH4 hydride, proposed as a reversible hydrogen storage material. We studied the hydrogen charge and discharge characteristics and stability of sodium aluminium composites ball milled with carbon additives such as SWNTs, graphite or activated carbon (AX-21). The SWNT–NaAlH4 system was tested at 160 °C for up to 200 cycles, and the sorption kinetics were enhanced by a factor of four. Also, the catalyzed NaAlH4 hydride with graphite and activated carbon additives shows fast absorption and desorption kinetics. Our results indicate that by creating new hydrogen transition sites, the structure of carbon in the composites plays an important role in enhancing the hydrogen absorption and release rates.

Ti–V–Mn based hydrides are one family of alloys with improved hydrogenation properties and they have a great potential to replace the AB5 alloys as the sorption materials in hydrogen compression systems, although there still are many problems associated with their use, including unstable reversible hydrogen capacity and unfavorable thermodynamic properties. To gain a better understanding on the effect of the substitution elements and to optimize the alloy composition for high storage capacity, the influence of the alloy stoichiometry was investigated. Ti–Zr–V–Mn alloys were prepared by arc melting technique and were annealed in vacuum at temperature above 900 °C to obtain great sorption properties. Hydrogen absorption and desorption kinetics and PCT characteristics of these alloys at ambient temperature were measured and compared. These hydrogen storage features were also discussed in relation to the effect of alloy element compositions. Ti–Zr–V–Mn alloy cycling behavior was also examined.

Metal hydride thermal compression is a reliable process to compress hydrogen without contamination. We report on the development of a three-stage metal hydride hydrogen compressor. It will compress a part of the hydrogen produced by an electrolyser and will recycle the heat released by the electrolytic cells as its principal energy supply. This compressor will raise the hydrogen pressure from 1 to 20 atm, using three hydride compression stages working between 20 and 80 °C. This paper describes the design of the prototype and its connections with the electrolyser. We present our data on the AB5 hydride materials that have been characterized and selected. Also, the construction of a lightweight hydride bed reservoir, developed specially for this application, preliminary results on heat transfer, reaction rate and efficiency, are discussed.

In this paper, we present our recent results on the effect of moisture during prolonged cycling on hydrogen storage properties of nanostructured MgH2 hydride with V and Ti catalysts additions synthesized by ball milling. The hydrogen charge and discharge stability of the nanocomposite hydride has been tested at 300°C for up to 1000 cycles under hydrogen containing 101ppm moisture. Between the first and the 500th or 1000th cycle, an increase of hydrogen storage capacity by about 5% is observed in dynamic and PCT measurements. This could be due to structural relaxations. While absorption kinetics remain fast, the results show a significant and systematic slow-down of the desorption rates by about a factor of two during cycling. The X-ray diffraction patterns of nanocomposite performed before and after 1000 cycles reveal that the peak shape for magnesium remains unchanged indicating that the crystal growth is negligible. This microstructural stability during cycling suggests that the decreasing desorption rate of the nanocrystalline magnesium-based composite is not induced by any internal structural modification. On the other hand, the presence of moisture in the hydrogen gas during cycling induces surface effects which most likely cause the decrease of the hydrogen discharge flow rate.

This experimental study analyses the effects of hydrogen sorption cycling on the hydrogen storage properties of LaNi4.8Sn0.2. This AB5-type alloy is used in the first stage of a metal hydride compressor prototype. During 1000 cycles of aging, the hydrogen storage capacity of the alloy has been reduced by 2.2%, the alloy particle size decreased but the crystalline structure and the reaction kinetic remained nearly unchanged.

Hydrogen storage using reversible lightweight metal hydrides can open the way towards hydrogen utilization for energy applications like car fuel. Magnesium-nickel alloys are the most promising lightweight materials which offer a favorable volumetric hydrogen storage density. For a vehicular application, a prime consideration is the stability of the hydrogen absorbing/desorbing capacity of the hydride when it is subjected to a large number of absorption/desorption cycles. In order to estimate if magnesium-nickel alloys would be attractive candidates for practical hydrogen storage systems, a new and rapid experimental device was designed for fast continuous evaluation of the cyclic charge and discharge stability of the intermetallic compound Mg2Ni over a relatively large number of cycles. Repetitive hydriding and dehydriding of a metal alloy is simply performed by cycling the sample from the high-pressure circuit used for absorption to the low pressure circuit having enough volume to receive the hydrogen discharge. Simultaneously the sample holder containing the hydride may be alternated from the low temperature furnace for absorption to the high temperature furnace for desorption. The cycling stability of commercial crystalline Mg2Ni alloy was tested at 300°C over up to 2700 cycles. Periodically during the cycling experiments, we have also performed measurements of the dynamic hydrogen absorption/desorption; these were done at the reaction temperatures of 250°C and 300°C, respectively. Moreover, pressure composition isotherms at 300°C measurements were also carried out. The cycling effect was also evaluated via additional experiments involving SEM, Brunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area, specific heat and X-ray crystal structure analysis.