Kiinteä{0}}vetyvarasto on vetytalouden logistiikan pullonkaulan keskipiste. Kaksi materiaaliperhettä johtaa panos-titaani-pohjaisia AB₂--tyyppisiä seoksia ja magnesium--pohjaisia hydridejä. Jokaisella on vahvuudet ja haitat. Valinta riippuu sovelluksesta.
Kapasiteetti: Gravimetrinen seinä
Magnesiumhydridi (MgH₂) tarjoaa teoreettisen vedyn varastointikapasiteetin 7,6 painoprosenttia, mikä on korkein palautuvien kiinteän olomuodon materiaalien joukossa [11†L7-L8]. Tämä gravimetrinen etu on pitänyt magnesiumin kapasiteettilähtöisen tutkimuksen eturintamassa vuosia.
Titaani-pohjaiset AB₂-lejeeringit toimivat eri alueilla. TiMn₂- ja TiCr₂-järjestelmät tarjoavat tyypillisesti 1,8–2,0 paino-% nimellisvarastointitiheyden [1†L29-L31]. Optimoidut koostumukset, kuten Ti0,75Zr0,25Cr0,75Mn1.2 + 1.5 painoprosenttia Ce, ajavat kohti 1,87 painoprosenttia skaalautuvassa tuotannossa [0†L27-L29]. Korkean-entropian BCC-lejeeringit menevät pidemmälle – Ti32V32Nb18Cr9Mn9 saavuttaa 2,9 painoprosenttia [1†L9-L10]. AB2-tyypin Ti–Cr–V–Mn-variantit säilyttävät 1,92 painoprosenttia jopa -10 asteessa [10†L6-L9].
Pelkästään gravimetrisen tiheyden perusteella magnesium voittaa. Mutta tosimaailman-vertailu on vivahteikkaampi.
Kinetiikka: aktivointi ja pyöräily
Tässä on ratkaiseva ero.
Magnesiumhydridi vaatii noin 280–300 asteen dehydrauslämpötiloja vahvan Mg-H-sidoksen stabiiliuden vuoksi [3†L5-L6]. Korkeat termodynaamiset esteet ja hidas kinetiikka rajoittavat käytännöllistä käyttöä ilman ulkoista lämmitystä [4†L9-L11]. Katalyyttiset seostus- ja nanosulkustrategiat alentavat näitä kynnysarvoja - jotkin PdNi@rGN-komposiitit laskevat dehydrauksen aloituslämpötilan 140 asteeseen aktivointienergialla 70,5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34], mutta nämä eivät ole teollisuuden standardisaavutuksia.
Titaaniseokset toimivat 20–50 asteessa, lähellä ympäristöä. Tämä eliminoi monimutkaisen lämmitysinfrastruktuurin tarpeen. AB₂--tyypin Laves-faasiseokset, kuten TiCrMn, absorboivat ja desorboivat vetyä lämpötilassa -30 asteesta 80 asteeseen, mukautuen sekä kylmään ilmastoon että kohtuulliseen lämpöön ilman apujärjestelmiä [10†L34-L37].
Magnesiumin 280 asteen vaatimus pitää sen korkeissa-lämpötiloissa. Titaanin huonelämpötila-soveltuu suoraan autoihin ja kiinteään varastointiin.
Kinetiikka: aktivointi ja pyöräily
Titaani{0}}pohjaisilla metalliseoksilla on hyvä aktivointikyky ilman esikäsittelyä. Tutkimukset osoittavat, että Ti–Mn-pohjaiset seokset absorboivat vetyä huoneenlämpötilassa alle 5 MPa:n paineessa ja tuottavat jopa 1,98 painoprosenttia ilman aikaisempia aktivointijaksoja [1†L32-L36]. Huokoiset titaanirakenteet, jotka on valmistettu jauhemetallurgialla-käyttäen Mn/Cr:n kanssa sekoitettua Ti-jauhetta, kylmä-isostaattista puristusta ja tyhjiösintrausta 1200 asteessa - saavuttavat noin 1,8 paino-%:n palautuvan varastoinnin ympäristössä merkityksettömällä hystereesillä ja ilman näkyvää hajoamista 10 syklin aikana.
Magnesiumin kinetiikka on edelleen ensisijainen pullonkaula. Jopa Ni-, Cr-, Fe-, Cu-koka{1}}katalyysissä MgH2:n hydrauksen ja dehydrauksen aktivointienergia vaatii huolellista suunnittelua. Lämpöstabiilisuus on niin korkea, että vedyn imeytyminen vaatii kohonneita lämpötiloja kaikkialla [3†L36-L37].
Pyöräilyvakaus vahvistaa titaanin etua. Ti-AB₂-seokset osoittavat pidentyneen syklin käyttöiän yli 1000 syklin yli 80 %:n kapasiteetin säilyttämisellä [1†L4-L6]. Magnesiumhydridi sitä vastoin kärsii tilavuuden laajenemis-supistumissykleistä hydridin muodostumisen ja hajoamisen aikana, mikä johtaa hiukkasten jauhamiseen ja kapasiteetin heikkenemiseen.
Turvallisuus ja käyttöpaine
Titaanijärjestelmät toimivat alle 4 MPa:n paineella matalapaineisissa-kiinteissä olomuodoissa{2}} verrattuna 70 MPa:iin tyypin IV paineistetuissa vetysäiliöissä [1†L20-L21]. Alhaisempi paine alentaa eristämiskustannuksia ja eliminoi tuhoisat murtumisriskit.
Magnesiumhydridi, vaikka se on teoriassa turvallinen, vaatii korkean lämpötilan{0}}käyttöä. Lämmitys 300 asteeseen tuo omat turvallisuusnäkökohdat.
