تردی هیدروژن: تجارت پنهان تیتانیوم-خاموش است
شهرت تیتانیوم برای سازگاری با هیدروژن مطلق نیست. شکنندگی هیدروژن در آلیاژهای تیتانیوم که توسط تشکیل هیدرید ایجاد می شود، همچنان یک نگرانی برای کاربردهای ساختاری است [8†L13{15}}L14]. تشکیل هیدرید به ترکیب آلیاژ، ریزساختار و شرایط بارگیری هیدروژن بستگی دارد [8†L8-L11]. تیتانیوم درجه 2 می تواند به شدت در معرض شکنندگی قرار گیرد که در دمای بالای 80 درجه در معرض هیدروژن گازی قرار گیرد [8†L18-L22]. آلیاژهای تیتانیوم نوع بتا با محتوای مو و/یا V بالا در برابر تشکیل هیدرید به طور موثر مقاومت می کنند [8†L24-L28].
استراتژی کاهش عملی شامل کنترل پردازش است. لایه اکسید سطحی بومی (TiO2) روی تیتانیوم در صورت دست نخورده بودن از نفوذ هیدروژن جلوگیری می کند، اما آسیب مکانیکی یا قرار گرفتن در معرض دمای بالا این مانع را به خطر می اندازد. مسیرهای متالورژی پودری که ساختارهای متخلخلی برای ذخیره هیدروژن ایجاد میکنند باید تخلخل را در برابر یکپارچگی مکانیکی متعادل کنند تا از شکست زودرس جلوگیری شود.
ملاحظات اقتصادی
منیزیم فراوان و ارزان است. اما عملیات در دمای بالا هزینههای سیستم را اضافه میکند: زیرساختهای گرمایش، عایق حرارتی، و جریمههای انرژی برای هر چرخه هیدروژن زدایی. هزینه کل مالکیت اغلب از پس انداز مواد خام فراتر می رود.
قیمت هر کیلوگرم تیتانیوم بیشتر است. با این حال،-عملکرد با فشار پایین و چرخه دمای محیط{2}}توازن-هزینههای-کارخانه را کاهش میدهد. افزودنهای Zr و V در بسیاری از ترکیبهای AB2 باعث افزایش هزینههای مواد میشود، اما فرمولهای Zr/V{6}}رایگان برای رسیدگی به این [12†L16-L20] ظاهر شدهاند. فشار به سمت سیستم های Ti-Mn-Fe کم هزینه وابستگی به فلزات واسطه گران قیمت را کاهش می دهد.
پیشرفت ها و مسیرهای اخیر
تحقیقات هیدرید منیزیم بر روی نانو محصور شدن در داربست های متخلخل برای بهبود سینتیک و ترمودینامیک، در کنار کاتالیزورهای فلزات واسطه که موانع فعال سازی را کاهش می دهند، تمرکز دارد [7†L15-L18]. ناخالصی های Ti، V، و Zr آنتالپی تشکیل و دمای دفع را در سطح DFT تغییر می دهند [4†L39-L41]. هم افزایی چند فلزی (Ni، Cr، Fe، Cu) انرژی فعال سازی را با اعمال نفوذ ویژگی های فلزات واسطه [11†L38-L43] کاهش می دهد. این پیشرفتها امیدوارکننده هستند، اما تا حد زیادی محدود به مقیاسهای آزمایشگاهی هستند.
آلیاژهای تیتانیوم از پردازش متالورژی پودر بالغ سود می برند. پرس ایزواستاتیک سرد و تف جوشی خلاء تخلخل و توزیع اندازه منافذ را ارائه میدهند. 3چاپ D مسیرهای جدیدی را معرفی میکند: همجوشی پرتو الکترونی سیم Ti-6Al-4V ساختارهایی با رفتار جذب هیدروژن متفاوت در مقایسه با معادلهای ریختهگری [6†L4-L10] تولید میکند. ساخت افزودنی، طرحهای بهینهشده با توپولوژی را امکانپذیر میسازد که مسیرهای انتشار هیدروژن را به حداکثر میرساند در حالی که مصرف مواد را به حداقل میرساند.
محدودیتهای هدایت حرارتی در سیستمهای مبتنی بر{0}تیتانیوم همچنان ادامه دارد. ساختارهای متخلخل انتشار هیدروژن را بهبود می بخشند، اما می توانند نرخ انتقال حرارت را کاهش دهند و در طول جذب گرمازا گرمای بیش از حد موضعی ایجاد کنند [9†L18-L20]. روشهای قالبگیری ترکیبی با استفاده از ژل سیلیکون با افزودنیهای رسانای حرارتی، تخلخل را در حین مدیریت پروفایلهای حرارتی افزایش میدهند [9†L14-L20].
حکم
هیدرید منیزیم تاج ظرفیت را نگه می دارد. اما ظرفیت به تنهایی باعث تجاری سازی نمی شود.
آلیاژهای تیتانیوم عملکرد{0}در دمای اتاق، ایمنی فشار کم-، سینتیک سریع بدون فعالسازی، و پایداری ثابت دوچرخهسواری را ارائه میدهند. این ویژگیها مستقیماً به پیچیدگی سیستم کمتر و کاهش تعادل--هزینههای کارخانه تبدیل میشوند.
برای ذخیره سازی هیدروژن ثابت که در آن وزن ثانویه است اما ایمنی و سادگی مهم است، تیتانیوم برنده است. برای کاربردهای خودرویی که چگالی حجمی مهم است و شرایط عملیاتی متفاوت است، ویژگیهای فشار پایین{1}}تیتانیوم یکپارچگی را ساده میکند. منیزیم همچنان یک بازیکن{3}}در دمای بالا است که برای سناریوهای ادغام حرارت صنعتی مناسب است.
این دو ماده رقیب مستقیم نیستند-آنها بخش های مختلفی از چشم انداز ذخیره هیدروژن را اشغال می کنند. تیتانیوم نیازهای استقرار فوری اقتصاد هیدروژن را برطرف می کند. منیزیم یک مسیر طولانیتر- را دنبال میکند و منتظر پیشرفتهایی در سینتیک و مدیریت حرارتی است تا پتانسیل ظرفیت خود را باز کند.
