Skladište vodonika u čvrstom- stanju nalazi se u središtu logističkog uskog grla ekonomije vodonika. Dvije porodice materijala predvode naboj-titanijum-bazirane na legurama AB₂-tipa i hidridima na bazi magnezijuma{5}}. Svaki od njih ima prednosti i nedostatke. Izbor zavisi od aplikacije.
Kapacitet: Gravimetrijski zid
Magnezijum hidrid (MgH₂) nudi teoretski kapacitet skladištenja vodonika od 7,6 wt%, što je najveći među reverzibilnim čvrstim- materijalima [11†L7-L8]. Ova gravimetrijska prednost je godinama držala magnezijum na čelu istraživanja na osnovu kapaciteta.
AB₂ legure na bazi titana- djeluju u drugom rasponu. TiMn₂ i TiCr₂ sistemi obično isporučuju 1,8–2,0 tež% nominalne gustine skladištenja [1†L29-L31]. Optimizirane kompozicije kao što je Ti0.75Zr0.25Cr0.75Mn1.2 + 1.5 mas.% Ce potiskuju prema 1.87 mas.% u skalabilnoj proizvodnji [0†L27-L29]. BCC legure visoke{30}}entropije idu dalje – Ti32V32Nb18Cr9Mn9 dostiže 2,9 tež.% [1†L9-L10]. Ti–Cr–V–Mn varijante tipa AB₂ pohranjuju 1,92 tež.% čak i na -10 stepeni [10†L6-L9].
Samo na gravimetrijskoj gustini, magnezij pobjeđuje. Ali poređenje u stvarnom-svijetu je nijansiranije.
Kinetika: aktivacija i biciklizam
Ovdje leži odlučujuća razlika.
Magnezijum hidrid zahteva temperature dehidrogenacije oko 280–300 stepeni zbog jake stabilnosti Mg–H veze [3†L5-L6]. Visoke termodinamičke barijere i spora kinetika ograničavaju praktičnu primjenu bez vanjskog grijanja [4†L9-L11]. Strategije katalitičkog dopinga i nanokonfiniranja snižavaju ove pragove – neki PdNi@rGN kompoziti spuštaju početnu temperaturu dehidrogenacije na 140 stepeni uz energiju aktivacije od 70,5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34] – ali to ostaju laboratorijska dostignuća, a ne industrijski standardi.
Legure titanijuma rade na 20-50 stepeni, blizu ambijentalne. Ovo eliminira potrebu za složenom infrastrukturom grijanja. Legure Lavesove faze tipa AB₂- kao što je TiCrMn apsorbuju i desorbuju vodonik na -30 stepeni do 80 stepeni, prilagođavajući se i hladnoj klimi i umerenoj toploti bez pomoćnih sistema [10†L34-L37].
Zahtjevi za magnezijumom od 280 stepeni održavaju ga u nišnim-primjenama na visokim temperaturama. Titanijumov rad na sobnoj{3}temperaturi direktno odgovara automobilskom i stacionarnom skladištu.
Kinetika: aktivacija i biciklizam
Legure na bazi titana{0}} pokazuju povoljne performanse aktivacije bez prethodne obrade. Studije pokazuju da legure na bazi Ti–Mn apsorbuju vodonik na sobnoj temperaturi ispod 5 MPa, isporučujući do 1,98 tež% bez prethodnih ciklusa aktivacije [1†L32-L36]. Porozne strukture titanijuma pripremljene metalurgijom praha-koristeći Ti prah pomešan sa Mn/Cr, hladno izostatičko presovanje i vakuumsko sinterovanje na 1200 stepeni - postižu reverzibilno skladištenje u okruženju oko 1,8 tež% sa zanemarljivom histerezom i bez vidljivog raspadanja preko 10L5 ciklusa [9†8].
Kinetika magnezijuma ostaje glavno usko grlo. Čak i uz kokatalizu Ni, Cr, Fe, Cu{1}}, energija aktivacije hidrogenacije i dehidrogenacije MgH₂ zahtijeva pažljiv inženjering. Termička stabilnost je toliko visoka da apsorpcija vodonika zahtijeva povišene temperature u svim dijelovima [3†L36-L37].
Biciklistička stabilnost pojačava prednost titanijuma. Ti-AB₂ legure pokazuju produženi vijek trajanja ciklusa preko 1000 ciklusa sa zadržavanjem preko 80% kapaciteta [1†L4-L6]. Magnezijum hidrid, nasuprot tome, pati od ciklusa ekspanzije i kontrakcije zapremine tokom formiranja i raspadanja hidrida, što dovodi do usitnjavanja čestica i smanjenja kapaciteta.
Sigurnost i radni pritisak
Sistemi od titanijuma rade ispod 4 MPa u konfiguracijama niskog{1}}čvrstog{2}}pritiska, u poređenju sa 70 MPa za rezervoare sa komprimovanim vodonikom tipa IV [1†L20-L21]. Niži pritisak smanjuje troškove zadržavanja i eliminiše rizik od katastrofalnog pucanja.
Magnezijum hidrid, iako je teoretski bezbedan, zahteva rad na visokim{0}}temperaturama. Zagrijavanje na 300 stepeni uvodi vlastita sigurnosna pitanja.
