ذخیرهسازی هیدروژن در حالت جامد-در مرکز گلوگاه لجستیک اقتصاد هیدروژن قرار دارد. دو خانواده مواد، آلیاژهای نوع-تیتانیوم-آلیاژهای نوع AB2-و هیدریدهای مبتنی بر منیزیم-بر پایه باردار هستند. هر کدام دارای نقاط قوت و معایبی هستند. انتخاب بستگی به برنامه دارد.
ظرفیت: دیوار ثقلی
هیدرید منیزیم (MgH2) ظرفیت ذخیرهسازی هیدروژن نظری 7.6 wt% را ارائه میکند، که بالاترین میزان در بین مواد جامد قابل برگشت [11†L7-L8] است. این مزیت گرانشی سال ها منیزیم را در خط مقدم تحقیقات ظرفیت محور نگه داشته است.
آلیاژهای AB2 مبتنی بر{0}}تیتانیوم در محدوده متفاوتی عمل میکنند. سیستمهای TiMn2 و TiCr2 معمولاً 1.8-2.0 درصد وزنی چگالی اسمی ذخیرهسازی را ارائه میکنند [1†L29{18}}L31]. ترکیبهای بهینهشده مانند Ti0.75Zr0.25Cr0.75Mn1.2 + 1.5 درصد وزنی Ce در تولید مقیاسپذیر [0†L27-L29] به سمت 1.87 درصد وزنی حرکت میکنند. آلیاژهای BCC با آنتروپی بالا بیشتر میشوند-Ti32V32Nb18Cr9Mn9 به %2.9 وزنی میرسد [1†L9-L10]. انواع AB2 Ti-Cr-V-Mn 1.92 درصد وزنی حتی در 10- درجه [10†L6-L9] ذخیره می کنند.
تنها با چگالی ثقلی، منیزیم برنده است. اما مقایسه{1}}جهان واقعی ظریف تر است.
سینتیک: فعال سازی و دوچرخه سواری
تفاوت قاطع در اینجا نهفته است.
هیدرید منیزیم به دلیل پایداری قوی پیوند Mg-H به دمای هیدروژن زدایی در حدود 280-300 درجه نیاز دارد [3†L5{10}}L6]. موانع ترمودینامیکی بالا و سینتیک کند، استقرار عملی را بدون گرمایش خارجی محدود میکند [4†L9-L11]. استراتژیهای دوپینگ کاتالیزوری و نانومحصور کردن این آستانهها را کاهش میدهند - برخی از کامپوزیتهای PdNi@rGN دمای شروع هیدروژن زدایی را تا 140 درجه با انرژی فعالسازی 70.5 کیلوژول · مول-1 [11†L31-L34] کاهش میدهند - اما اینها دستاوردهای استاندارد آزمایشگاهی نیستند.
آلیاژهای تیتانیوم در دمای 20 تا 50 درجه، نزدیک به محیط کار می کنند. این امر نیاز به زیرساخت های گرمایشی پیچیده را از بین می برد. آلیاژهای فاز Laves نوع AB2{4}} مانند TiCrMn، هیدروژن را در دمای -30 درجه تا 80 درجه جذب و دفع میکنند و با آب و هوای سرد و گرمای متوسط بدون سیستمهای کمکی سازگار میشوند [10†L34-L37].
نیاز 280 درجه منیزیم آن را در برنامه های کاربردی با دمای بالا نگه می دارد. عملکرد دمای اتاق{3}}تیتانیوم مستقیماً با وسایل نقلیه و ذخیرهسازی ثابت مناسب است.
سینتیک: فعال سازی و دوچرخه سواری
آلیاژهای مبتنی بر{0}تیتانیوم عملکرد فعال سازی مطلوبی را بدون پیش تصفیه نشان می دهند. مطالعات نشان میدهد که آلیاژهای مبتنی بر Ti-Mn هیدروژن را در دمای اتاق زیر 5 مگاپاسکال جذب میکنند و تا 1.98 درصد وزنی را بدون چرخههای فعالسازی قبلی ارائه میدهند [1†L32-L36]. ساختارهای تیتانیوم متخلخل تهیه شده توسط متالورژی پودر{10}}با استفاده از پودر Ti مخلوط با منگنز/کروم، پرس ایزواستاتیک سرد، و تف جوشی در خلاء در 1200 درجه - به ذخیرهسازی برگشتپذیر محیطی در حدود 1.8 درصد وزنی با پسماند ناچیز و بدون پوسیدگی قابل مشاهده در طول 10 سیکل [5-9†L] دست مییابند.
سینتیک منیزیم همچنان گلوگاه اصلی است. حتی با کاتالیز نیکل، کروم، آهن، مس، انرژی فعال سازی هیدروژنه و هیدروژن زدایی MgH2 نیاز به مهندسی دقیق دارد. پایداری حرارتی آنقدر بالاست که جذب هیدروژن نیاز به دمای بالا در سراسر تخته دارد [3†L36-L37].
پایداری دوچرخه سواری مزیت تیتانیوم را تقویت می کند. آلیاژهای Ti{1}}AB2 عمر چرخه طولانیتری را بیش از 1000 چرخه با بیش از 80 درصد حفظ ظرفیت نشان میدهند [1†L4-L6]. در مقابل، هیدرید منیزیم از چرخه های انبساط-انقباض حجمی در طول تشکیل و تجزیه هیدرید رنج می برد که منجر به پودر شدن ذرات و محو شدن ظرفیت می شود.
ایمنی و فشار عملیاتی
سیستمهای تیتانیوم کمتر از 4 مگاپاسکال در پیکربندیهای-جامد فشار پایین{2}}در مقایسه با 70 مگاپاسکال برای مخازن هیدروژن فشرده نوع IV [1†L20-L21] عمل میکنند. فشار کمتر هزینه های مهار را کاهش می دهد و خطرات پارگی فاجعه بار را از بین می برد.
هیدرید منیزیم، در حالی که از نظر تئوری ایمن است، نیاز به عملکرد در دمای بالا- دارد. گرمایش تا 300 درجه ملاحظات ایمنی خود را معرفی می کند.
