Skladištenje-vodika u čvrstom stanju nalazi se u središtu logističkog uskog grla vodikove ekonomije. Dvije porodice materijala prednjače u legurama tipa AB₂-na bazi naboja-titana-i hidrida na bazi-magnezija. Svaki dolazi s prednostima i nedostacima. Izbor ovisi o primjeni.
Kapacitet: Gravimetrijski zid
Magnezijev hidrid (MgH₂) nudi teoretski kapacitet skladištenja vodika od 7,6 težinskih %, što je najviše među reverzibilnim materijalima u čvrstom -agregatnom stanju [11†L7-L8]. Ova gravimetrijska prednost drži magnezij godinama na čelu istraživanja usmjerenog na kapacitet.
Legure AB₂ na bazi-titana rade u drugom rasponu. TiMn₂ i TiCr₂ sustavi obično isporučuju 1,8–2,0 wt% nominalne gustoće skladištenja [1†L29-L31]. Optimizirani sastavi poput Ti0,75Zr0,25Cr0,75Mn1.2 + 1.5 wt.% Ce guraju prema 1,87 wt% u skalabilnoj proizvodnji [0†L27-L29]. Visoko{30}}entropijske BCC legure idu dalje - Ti32V32Nb18Cr9Mn9 doseže 2,9 wt% [1†L9-L10]. Varijante Ti–Cr–V–Mn tipa AB₂ pohranjuju 1,92 težinskih % čak i na –10 stupnjeva [10†L6-L9].
Samo po gravimetrijskoj gustoći, magnezij pobjeđuje. Ali usporedba-stvarnog svijeta je nijansiranija.
Kinetika: aktivacija i cikliranje
Ovdje leži odlučujuća razlika.
Magnezijev hidrid zahtijeva temperature dehidrogenacije oko 280-300 stupnjeva zbog jake stabilnosti Mg-H veze [3†L5-L6]. Visoke termodinamičke barijere i spora kinetika ograničavaju praktičnu primjenu bez vanjskog zagrijavanja [4†L9-L11]. Katalitički doping i strategije nanokonfiniranja snižavaju ove pragove - neki kompoziti PdNi@rGN snižavaju početnu temperaturu dehidrogenacije na 140 stupnjeva s aktivacijskom energijom od 70,5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34] - ali to ostaju laboratorijska postignuća, a ne industrijski standardi.
Legure titana rade na 20-50 stupnjeva, blizu temperature okoline. Time se eliminira potreba za složenom infrastrukturom grijanja. Legure Lavesove faze tipa AB₂- poput TiCrMn apsorbiraju i desorbiraju vodik na -30 stupnjeva do 80 stupnjeva, prilagođavajući se i hladnoj klimi i umjerenoj vrućini bez pomoćnih sustava [10†L34-L37].
Zahtjevi za magnezij od 280 stupnjeva održavaju ga u-nišnim aplikacijama pri visokim temperaturama. Titaniumov rad na sobnoj-temperaturi izravno odgovara automobilskom i stacionarnom skladištu.
Kinetika: aktivacija i cikliranje
Legure na bazi-titana pokazuju povoljne performanse aktivacije bez prethodne obrade. Studije pokazuju da legure na bazi Ti–Mn apsorbiraju vodik na sobnoj temperaturi ispod 5 MPa, isporučujući do 1,98 wt% bez prethodnih ciklusa aktivacije [1†L32-L36]. Strukture poroznog titana pripremljene metalurgijom praha-upotrebom Ti praha pomiješanog s Mn/Cr, hladnim izostatičkim prešanjem i vakuumskim sinteriranjem na 1200 stupnjeva - postižu reverzibilno skladištenje u okolini oko 1,8 wt% sa zanemarivom histerezom i bez vidljivog raspadanja tijekom 10 ciklusa [9†L5-L8].
Kinetika magnezija ostaje primarno usko grlo. Čak i uz ko-katalizu Ni, Cr, Fe, Cu, aktivacijska energija hidrogenacije i dehidrogenacije MgH₂ zahtijeva pažljivo projektiranje. Toplinska stabilnost je toliko visoka da apsorpcija vodika zahtijeva povišene temperature u cijelosti [3†L36-L37].
Stabilnost pri vožnji pojačava prednost titana. Ti-AB₂ legure pokazuju produljeni radni vijek preko 1000 ciklusa s preko 80% zadržavanja kapaciteta [1†L4-L6]. Magnezijev hidrid, nasuprot tome, pati od ciklusa ekspanzije-kontrakcije volumena tijekom stvaranja i razgradnje hidrida, što dovodi do usitnjavanja čestica i smanjenja kapaciteta.
Sigurnosni i radni tlak
Sustavi od titana rade ispod 4 MPa u konfiguracijama čvrstog-a niskog{1}}tlaka, u usporedbi sa 70 MPa za spremnike komprimiranog vodika tipa IV [1†L20-L21]. Niži tlak smanjuje troškove zadržavanja i eliminira rizik od katastrofalnog puknuća.
Magnezijev hidrid, iako je teoretski siguran, zahtijeva rad na visokoj-temperaturi. Grijanje na 300 stupnjeva uvodi vlastita sigurnosna razmatranja.
