Tahkis{0}}vesinikuhoidla on vesinikumajanduse logistika kitsaskoha keskmes. Kaks materjaliperekonda juhivad laengu-titaan-põhiseid AB₂--tüüpi sulameid ja magneesium--põhiseid hüdriide. Igal neist on tugevused ja puudused. Valik sõltub rakendusest.
Maht: gravimeetriline sein
Magneesiumhüdriidi (MgH₂) teoreetiline vesiniku salvestusmaht on 7,6 massiprotsenti, mis on suurim pöörduvate tahke oleku -materjalide [11†L7-L8] hulgas. See gravimeetriline eelis on hoidnud magneesiumi võimsuspõhiste uuringute esirinnas aastaid.
Titaan{0}}põhised AB₂-sulamid töötavad erinevas vahemikus. TiMn₂ ja TiCr₂ süsteemid tagavad tavaliselt 1,8–2,0 massiprotsenti nominaalse säilitustiheduse [1†L29-L31]. Optimeeritud kompositsioonid, nagu Ti0,75Zr0,25Cr0,75Mn1.2 + 1.5 massiprotsent Ce, suurendavad skaleeritavas tootmises 1,87 massiprotsenti [0†L27-L29]. Suure-entroopiaga BCC-sulamid lähevad kaugemale – Ti32V32Nb18Cr9Mn9 jõuab 2,9 massiprotsendini [1†L9-L10]. AB2-tüüpi Ti-Cr-V-Mn variandid säilitavad 1,92 massiprotsenti isegi –10 kraadi juures [10†L6-L9].
Ainuüksi gravimeetrilise tiheduse korral võidab magneesium. Kuid tegelik{1}}maailma võrdlus on nüansirikkam.
Kineetika: aktiveerimine ja jalgrattasõit
Siin peitubki otsustav erinevus.
Magneesiumhüdriid nõuab tugeva Mg-H sideme stabiilsuse tõttu dehüdrogeenimistemperatuure umbes 280–300 kraadi [3†L5-L6]. Kõrged termodünaamilised tõkked ja aeglane kineetika piiravad praktilist kasutamist ilma välise kuumutamiseta [4†L9-L11]. Katalüütiline doping ja nanokinnitusstrateegiad alandavad neid lävesid – mõned PdNi@rGN komposiidid langetavad dehüdrogeenimise algustemperatuuri 140 kraadini aktiveerimisenergiaga 70,5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34], kuid need jäävad tööstuslike laboratoorsete saavutusteks.
Titaanisulamid töötavad 20–50 kraadi juures, ümbritseva keskkonna lähedal. See välistab vajaduse keeruka kütteinfrastruktuuri järele. AB₂- tüüpi Lavesi faasisulamid, nagu TiCrMn, neelavad ja desorbeerivad vesinikku temperatuuril –30 kuni 80 kraadi, kohandudes nii külma kliima kui ka mõõduka kuumusega ilma abisüsteemideta [10†L34-L37].
Magneesiumi 280-kraadine nõue hoiab seda kõrgel-temperatuuri niširakendustes. Titaani toatemperatuuri{3}}talitlus sobib otse autos ja statsionaarses ladustamises.
Kineetika: aktiveerimine ja jalgrattasõit
Titaan{0}}põhistel sulamitel on soodne aktiveerimisvõime ilma eeltöötluseta. Uuringud näitavad, et Ti-Mn-põhised sulamid neelavad vesinikku toatemperatuuril alla 5 MPa, pakkudes ilma eelnevate aktiveerimistsükliteta kuni 1,98 massiprotsenti [1†L32-L36]. Poorsed titaanstruktuurid, mis on valmistatud pulbermetallurgiaga,{10}}kasutades Mn/Cr-ga segatud Ti-pulbrit, külmisostaatilist pressimist ja vaakumpaagutamist 1200 kraadi juures – saavutavad ümbritseva keskkonnas umbes 1,8 massiprotsenti ümberpööratava säilitamise tühise hüstereesiga ja nähtava lagunemiseta 10 tsükli jooksul [9-†8]L5.
Magneesiumi kineetika jääb peamiseks kitsaskohaks. Isegi Ni-, Cr-, Fe-, Cu-{1}katalüüsi korral nõuab MgH₂ hüdrogeenimise ja dehüdrogeenimise aktiveerimisenergia hoolikat kavandamist. Termiline stabiilsus on nii kõrge, et vesiniku neelamiseks on vaja kõrget temperatuuri [3†L36-L37].
Jalgrattasõidu stabiilsus tugevdab titaani eeliseid. Ti-AB₂ sulamid näitavad pikemat tsükli eluiga üle 1000 tsükli ja mahutavuse säilimise üle 80% [1†L4-L6]. Magneesiumhüdriid seevastu kannatab hüdriidi moodustumise ja lagunemise ajal mahu laienemise ja kokkutõmbumise tsüklite all, mis põhjustab osakeste peenestamist ja mahu vähenemist.
Ohutus ja töörõhk
Titaansüsteemid töötavad madala-rõhuga tahkis{2}}konfiguratsioonis alla 4 MPa, võrreldes IV tüüpi kokkusurutud vesinikupaakide [1†L20-L21] 70 MPa-ga. Madalam rõhk vähendab isoleerimiskulusid ja välistab katastroofilised purunemisriskid.
Magneesiumhüdriid, kuigi teoreetiliselt ohutu, nõuab kõrgel{0}}temperatuuril töötamist. Kuumutamine 300 kraadini toob kaasa oma ohutuskaalutlused.
