Pevné-skladovanie vodíka je jadrom prekážok logistiky vodíkovej ekonomiky. Dve materiálové skupiny vedú nábojové zliatiny typu -titán- AB₂-a hydridy na báze horčíka-. Každý má svoje silné a slabé stránky. Výber závisí od aplikácie.
Kapacita: Gravimetrická stena
Hydrid horečnatý (MgH₂) ponúka teoretickú kapacitu skladovania vodíka 7,6 % hmotn., čo je najviac medzi reverzibilnými materiálmi v tuhom -stave [11†L7-L8]. Táto gravimetrická výhoda udržiava horčík v popredí výskumu riadeného kapacitou už roky.
Zliatiny AB₂ na báze titánu- fungujú v inom rozsahu. Systémy TiMn₂ a TiCr₂ zvyčajne poskytujú 1,8 – 2,0 % hmotn. nominálnej skladovacej hustoty [1†L29-L31]. Optimalizované kompozície ako Ti0,75Zr0,25Cr0,75Mn1.2 + 1.5 hmotn. % Ce sa v škálovateľnej výrobe posúvajú smerom k 1,87 hmotn. % [0†L27-L29]. Vysoko-entropické zliatiny BCC idú ďalej – Ti32V32Nb18Cr9Mn9 dosahuje 2,9 % hmotn. [1†L9-L10]. Varianty Ti–Cr–V–Mn typu AB₂ uchovávajú 1,92 % hmotn. aj pri -10 stupňoch [10†L6-L9].
Len pri gravimetrickej hustote víťazí horčík. Porovnanie skutočného-sveta je však jemnejšie.
Kinetika: Aktivácia a bicyklovanie
Tu je ten rozhodujúci rozdiel.
Hydrid horečnatý vyžaduje dehydrogenačné teploty okolo 280–300 stupňov kvôli silnej stabilite väzby Mg–H [3†L5-L6]. Vysoké termodynamické bariéry a pomalá kinetika obmedzujú praktické nasadenie bez vonkajšieho ohrevu [4†L9-L11]. Stratégie katalytického dopingu a nanoizolácie tieto prahové hodnoty znižujú – niektoré kompozity PdNi@rGN znižujú počiatočnú teplotu dehydrogenácie na 140 stupňov s aktivačnou energiou 70,5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34] – ale tieto zostávajú laboratórnymi úspechmi, nie priemyselnými štandardmi.
Zliatiny titánu fungujú pri 20–50 stupňoch v blízkosti okolia. To eliminuje potrebu komplexnej vykurovacej infraštruktúry. Lavesove fázové zliatiny typu AB₂-, ako je TiCrMn, absorbujú a desorbujú vodík pri teplote -30 stupňov až 80 stupňov, čím sa prispôsobujú chladnému podnebiu aj miernemu teplu bez pomocných systémov [10†L34-L37].
Požiadavka horčíka na 280 stupňov ho udrží vo vysokoteplotných{1}}aplikáciách. Prevádzka s izbovou-teplotou titánu vyhovuje priamo na palube automobilového a stacionárneho skladovania.
Kinetika: Aktivácia a bicyklovanie
Zliatiny na báze titánu-vykazujú priaznivú účinnosť aktivácie bez predbežnej úpravy. Štúdie ukazujú, že zliatiny na báze Ti-Mn absorbujú vodík pri izbovej teplote pod 5 MPa, čím dodávajú až 1,98 % hmotn. bez predchádzajúcich aktivačných cyklov [1†L32-L36]. Pórovité titánové štruktúry pripravené práškovou metalurgiou{10}}pomocou Ti prášku zmiešaného s Mn/Cr, izostatickým lisovaním za studena a vákuovým spekaním pri 1200 stupňoch – dosahujú reverzibilné skladovanie v okolí 1,8 % hmotn. so zanedbateľnou hysteréziou a bez viditeľného rozpadu počas 10 cyklov [9†L5-L8].
Hlavnou prekážkou zostáva kinetika horčíka. Aj pri ko-katalýze Ni, Cr, Fe, Cu si hydrogenačná a dehydrogenačná aktivačná energia MgH2 vyžaduje starostlivé inžinierstvo. Tepelná stabilita je taká vysoká, že absorbovanie vodíka vyžaduje zvýšené teploty naprieč doskou [3†L36-L37].
Cyklistická stabilita posilňuje výhodu titánu. Zliatiny Ti-AB₂ vykazujú predĺženú životnosť viac ako 1 000 cyklov s viac ako 80 % zachovaním kapacity [1†L4-L6]. Naproti tomu hydrid horečnatý trpí cyklami objemovej expanzie a kontrakcie počas tvorby a rozkladu hydridu, čo vedie k rozdrveniu častíc a strate kapacity.
Bezpečnosť a prevádzkový tlak
Titánové systémy fungujú pod 4 MPa v nízkotlakových konfiguráciách v tuhom stave -v porovnaní so 70 MPa v prípade nádrží na stlačený vodík typu IV [1†L20-L21]. Nižší tlak znižuje náklady na kontajnment a eliminuje katastrofické riziká prasknutia.
Hoci je hydrid horečnatý teoreticky bezpečný, vyžaduje si prevádzku pri vysokých{0}}teplotách. Zahrievanie na 300 stupňov predstavuje svoje vlastné bezpečnostné hľadiská.
