Vodikova krtost: skrivena zamjena-titana
Reputacija Titana za kompatibilnost s vodikom nije apsolutna. Vodikova krtost u legurama titana izazvana stvaranjem hidrida ostaje problem za strukturalne primjene [8†L13-L14]. Stvaranje hidrida ovisi o sastavu legure, mikrostrukturi i uvjetima punjenja vodikom [8†L8-L11]. Titan stupnja 2 može postati vrlo osjetljiv na krtost kada je izložen plinovitom vodiku na temperaturama iznad 80 stupnjeva [8†L18-L22]. Legure titana beta tipa s visokim sadržajem Mo i/ili V učinkovito se odupiru stvaranju hidrida [8†L24-L28].
Praktična strategija ublažavanja uključuje kontrolu obrade. Prirodni površinski oksidni sloj (TiO₂) na titanu sprječava prodiranje vodika kada je netaknut, ali mehanička oštećenja ili izlaganje visokim-temperaturama ugrožavaju ovu barijeru. Putevi metalurgije praha koji stvaraju porozne strukture za skladištenje vodika moraju uravnotežiti poroznost i mehaničku cjelovitost kako bi se spriječio preuranjeni kvar.
Ekonomska razmatranja
Magnezija ima u izobilju i nije skup. Ali rad na visokim-temperaturama povećava troškove sustava: infrastrukturu grijanja, toplinsku izolaciju i energetske kazne za svaki ciklus dehidrogenacije. Ukupni trošak vlasništva često premašuje uštedu sirovina.
Titan košta više po kilogramu. Međutim, rad s niskim-tlakom i-promjene temperature okoline smanjuju ravnotežu--troškova postrojenja. Dodaci Zr i V u mnogim sastavima AB₂ povećavaju materijalne troškove, ali su se pojavile formulacije bez Zr/V-za rješavanje ovog problema [12†L16-L20]. Potisak prema jeftinijim sustavima Ti–Mn–Fe smanjuje ovisnost o skupim prijelaznim metalima.
Nedavni napredak i putovi
Istraživanje magnezijevog hidrida usredotočeno je na nanokonfiniranje u poroznim skelama kako bi se poboljšala kinetika i termodinamika, uz katalizatore prijelaznih metala koji smanjuju aktivacijske barijere [7†L15-L18]. Dopanti Ti, V i Zr modificiraju entalpiju stvaranja i temperaturu desorpcije na DFT razini [4†L39-L41]. Sinergije više metala (Ni, Cr, Fe, Cu) smanjuju energiju aktivacije iskorištavanjem karakteristika prijelaznih metala [11†L38-L43]. Ovi su pomaci obećavajući, ali ostaju uglavnom ograničeni na laboratorijska mjerila.
Legure titana imaju koristi od zrele obrade metalurgijom praha. Hladno izostatičko prešanje i vakuumsko sinteriranje daju dosljednu poroznost i distribuciju veličine pora. 3D ispis uvodi nove putove: fuzija elektronskim snopom žice Ti-6Al-4V proizvodi strukture s drugačijim ponašanjem apsorpcije vodika u usporedbi s lijevanim ekvivalentima [6†L4-L10]. Aditivna proizvodnja omogućuje topološki optimizirane dizajne koji maksimiziraju putove difuzije vodika uz minimalnu potrošnju materijala.
Ograničenja toplinske vodljivosti u sustavima temeljenim na-titanu i dalje postoje. Porozne strukture poboljšavaju difuziju vodika, ali mogu smanjiti stope prijenosa topline, stvarajući lokalizirano pregrijavanje tijekom egzotermne apsorpcije [9†L18-L20]. Hibridni pristupi oblikovanju pomoću silikonskog gela s toplinski vodljivim dodacima povećavaju poroznost dok upravljaju toplinskim profilima [9†L14-L20].
Presuda
Magnezijev hidrid drži krunu kapaciteta. Ali sam kapacitet ne pokreće komercijalizaciju.
Legure titana nude rad na sobnoj-temperaturi, sigurnost pri-niskom tlaku, brzu kinetiku bez aktivacije i dokazanu cikličku stabilnost. Ovi se atributi izravno prevode u nižu složenost sustava i smanjenu ravnotežu--troškova postrojenja.
Za stacionarno skladištenje vodika gdje je težina sekundarna, a sigurnost i jednostavnost važni, titan pobjeđuje. Za ugrađene automobilske primjene gdje je volumetrijska gustoća važna i radni uvjeti variraju, karakteristike niskog-tlaka titana pojednostavljuju integraciju. Magnezij je i dalje visoko{3}}temperaturni igrač prikladan za scenarije integracije industrijske topline.
Ta dva materijala nisu izravna konkurencija-oni zauzimaju različite segmente krajolika za pohranu vodika. Titanium se bavi trenutnim potrebama razvoja vodikovog gospodarstva. Magnezij slijedi dugoročnu-putnju, čekajući otkrića u kinetici i upravljanju toplinom da otključa svoj potencijal kapaciteta.
