Твердотільні{0}}сховища водню знаходяться в центрі вузького місця логістики водневої економіки. Дві групи матеріалів лідирують у сплавах типу AB₂-на основі заряду-титану-та-на основі гідридів магнію. У кожного з них є переваги та недоліки. Вибір залежить від програми.
Ємність: гравіметрична стінка
Гідрид магнію (MgH₂) забезпечує теоретичну здатність накопичувати водень 7,6 мас.%, найвищу серед оборотних матеріалів у твердому-фазі [11†L7-L8]. Ця гравіметрична перевага протягом багатьох років утримувала магній на передньому краї досліджень, орієнтованих на потужність.
Сплави AB₂ на основі титану- працюють в іншому діапазоні. Системи TiMn₂ і TiCr₂ зазвичай забезпечують 1,8–2,0 мас.% номінальної щільності зберігання [1†L29-L31]. Оптимізовані композиції, такі як Ti0,75Zr0,25Cr0,75Mn1.2 + 1.5 мас.% Ce, підвищують 1,87 мас.% у масштабованому виробництві [0†L27-L29]. Високо{30}}ентропійні ОЦК сплави йдуть далі — Ti32V32Nb18Cr9Mn9 досягає 2,9 мас.% [1†L9-L10]. Варіанти Ti–Cr–V–Mn типу AB₂ зберігають 1,92 мас.% навіть при -10 градусах [10†L6-L9].
Тільки за ваговою щільністю магній перемагає. Але порівняння реального-світу має більш нюанси.
Кінетика: активація та цикл
Тут полягає вирішальна відмінність.
Гідрид магнію потребує температури дегідрування близько 280–300 градусів через міцну стабільність зв’язку Mg–H [3†L5-L6]. Високі термодинамічні бар'єри та повільна кінетика обмежують практичне розгортання без зовнішнього нагрівання [4†L9-L11]. Стратегії каталітичного допування та наноконфайнменту знижують ці пороги — деякі композити PdNi@rGN знижують температуру початку дегідрування до 140 градусів з енергією активації 70,5 кДж·моль⁻¹ [11†L31-L34] — але це залишаються лабораторними досягненнями, а не промисловими стандартами.
Титанові сплави працюють при температурі 20–50 градусів, близької до температури навколишнього середовища. Це усуває потребу в складній інфраструктурі опалення. Сплави фази Лавеса типу AB₂-, такі як TiCrMn, поглинають і десорбують водень при температурі від -30 градусів до 80 градусів, адаптуючись як до холодного клімату, так і до помірної спеки без допоміжних систем [10†L34-L37].
Вимоги до 280 градусів для магнію зберігають його-в умовах високотемпературних ніш. Робота Titanium при кімнатній-температурі безпосередньо підходить для бортового автомобільного та стаціонарного зберігання.
Кінетика: активація та цикл
Сплави на основі-титану демонструють сприятливі характеристики активації без попередньої обробки. Дослідження показують, що сплави на основі Ti–Mn поглинають водень при кімнатній температурі нижче 5 МПа, доставляючи до 1,98 мас.% без попередніх циклів активації [1†L32-L36]. Пористі титанові структури, виготовлені за допомогою порошкової металургії-з використанням порошку Ti, змішаного з Mn/Cr, холодного ізостатичного пресування та вакуумного спікання при 1200 градусах, досягають оборотного зберігання в навколишньому середовищі приблизно 1,8% за масою з незначним гістерезисом і без видимого розпаду протягом 10 циклів [9†L5-L8].
Кінетика магнію залишається основним вузьким місцем. Навіть із ко-каталізом Ni, Cr, Fe, Cu енергія активації гідрування та дегідрування MgH₂ потребує ретельного проектування. Термостабільність настільки висока, що поглинання водню потребує підвищених температур у всьому світі [3†L36-L37].
Велосипедна стабільність підсилює перевагу титану. Сплави Ti-AB₂ демонструють подовжений термін служби понад 1000 циклів із збереженням ємності понад 80% [1†L4-L6]. Гідрид магнію, навпаки, страждає від циклів розширення-скорочення об’єму під час утворення та розкладання гідриду, що призводить до розпилювання частинок і зменшення ємності.
Безпека та робочий тиск
Титанові системи працюють під тиском нижче 4 МПа в твердотільних конфігураціях із низьким-тиском-порівняно з 70 МПа для баків зі стисненим воднем типу IV [1†L20-L21]. Нижчий тиск зменшує витрати на локалізацію та усуває ризики катастрофічного розриву.
Гідрид магнію, хоча теоретично безпечний, потребує високо-температурної роботи. Нагрівання до 300 градусів вводить власні міркування безпеки.
