Cietvielu-ūdeņraža uzglabāšana ir ūdeņraža ekonomikas loģistikas sašaurinājuma centrā. Divas materiālu grupas veido lādiņa -titāna- AB₂- tipa sakausējumus un magnija- bāzes hidrīdus. Katram no tiem ir priekšrocības un trūkumi. Izvēle ir atkarīga no pielietojuma.
Ietilpība: Gravimetriskā siena
Magnija hidrīds (MgH₂) piedāvā teorētisko ūdeņraža uzglabāšanas jaudu 7,6 masas %, kas ir augstākais starp atgriezeniskiem cietvielu materiāliem [11†L7-L8]. Šī gravimetriskā priekšrocība gadiem ilgi ir saglabājusi magniju jaudas virzītas pētniecības priekšgalā.
Titāna -AB₂ sakausējumi darbojas citā diapazonā. TiMn₂ un TiCr₂ sistēmas parasti nodrošina 1,8–2,0 masas% nominālo uzglabāšanas blīvumu [1†L29-L31]. Optimizētas kompozīcijas, piemēram, Ti0,75Zr0,25Cr0,75 Mn1.2 + 1.5 masas% Ce, mērogojamā ražošanā [0†L27-L29] virzās uz 1,87 masu%. Augstas-entropijas BCC sakausējumi sniedzas tālāk — Ti32V32Nb18Cr9Mn9 sasniedz 2,9 masas % [1†L9-L10]. AB2 tipa Ti–Cr–V–Mn varianti uzglabā 1,92 masas% pat pie –10 grādiem [10†L6-L9].
Uzvarot tikai gravimetrisko blīvumu, uzvar magnijs. Taču reālās pasaules-salīdzinājums ir niansētāks.
Kinētika: aktivizēšana un riteņbraukšana
Šeit slēpjas izšķirošā atšķirība.
Magnija hidrīdam nepieciešama dehidrogenēšanas temperatūra, kas ir aptuveni 280–300 grādi spēcīgas Mg-H saites stabilitātes dēļ [3†L5-L6]. Augstas termodinamiskās barjeras un lēnā kinētika ierobežo praktisku izvietošanu bez ārējas apkures [4†L9-L11]. Katalītiskā dopinga un nanoierobežošanas stratēģijas pazemina šos sliekšņus - daži PdNi@rGN kompozītmateriāli samazina dehidrogenēšanas sākuma temperatūru līdz 140 grādiem ar aktivācijas enerģiju 70,5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34], taču tie joprojām ir rūpniecības standarta laboratorijas sasniegumi.
Titāna sakausējumi darbojas 20–50 grādu temperatūrā, tuvu apkārtējai videi. Tas novērš nepieciešamību pēc sarežģītas apkures infrastruktūras. AB₂- tipa Laves fāzes sakausējumi, piemēram, TiCrMn, absorbē un desorbē ūdeņradi pie -30 grādiem līdz 80 grādiem, pielāgojoties gan aukstam klimatam, gan mērenam karstumam bez palīgsistēmām [10†L34-L37].
Magnija nepieciešamība pēc 280 grādu saglabā to augstas-temperatūras nišās lietojumos. Titāna telpas temperatūras{3}}darbība ir piemērota tieši automašīnām un stacionārai uzglabāšanai.
Kinētika: aktivizēšana un riteņbraukšana
Uz titāna{0}} bāzes izgatavotiem sakausējumiem ir labvēlīga aktivizācijas veiktspēja bez iepriekšējas apstrādes. Pētījumi liecina, ka sakausējumi, kuru pamatā ir Ti–Mn, absorbē ūdeņradi istabas temperatūrā zem 5 MPa, nodrošinot līdz 1,98 masas % bez iepriekšējiem aktivizācijas cikliem [1†L32-L36]. Porainas titāna struktūras, kas sagatavotas ar pulvermetalurģiju,{10}}izmantojot Ti pulveri, kas sajaukts ar Mn/Cr, auksto izostatisko presēšanu un vakuuma saķepināšanu 1200 grādos, nodrošina atgriezenisku uzglabāšanu apkārtējā vidē aptuveni 1,8 masas % ar nenozīmīgu histerēzi un bez redzamas sabrukšanas 10 ciklos [9] l.
Magnija kinētika joprojām ir galvenā vājā vieta. Pat ar Ni, Cr, Fe, Cu koka{1}}katalīzi MgH₂ hidrogenēšanas un dehidrogenēšanas aktivācijas enerģijai ir nepieciešama rūpīga izstrāde. Termiskā stabilitāte ir tik augsta, ka ūdeņraža absorbēšanai ir nepieciešama paaugstināta temperatūra [3†L36-L37].
Riteņbraukšanas stabilitāte pastiprina titāna priekšrocības. Ti-AB₂ sakausējumi demonstrē pagarinātu cikla kalpošanas laiku, kas pārsniedz 1000 ciklus, ar vairāk nekā 80% jaudas saglabāšanu [1†L4-L6]. Turpretim magnija hidrīds cieš no tilpuma palielināšanās un saraušanās cikliem hidrīda veidošanās un sadalīšanās laikā, kas izraisa daļiņu pulverizāciju un kapacitātes samazināšanos.
Drošība un darba spiediens
Titāna sistēmas darbojas zem 4 MPa zema-spiediena cietvielu-konfigurācijās, salīdzinot ar 70 MPa IV tipa saspiestā ūdeņraža tvertnēm [1†L20-L21]. Zemāks spiediens samazina ierobežošanas izmaksas un novērš katastrofālu plīsumu risku.
Lai gan magnija hidrīds ir teorētiski drošs, tas prasa darbību augstā temperatūrā{0}}. Sildīšana līdz 300 grādiem ievieš savus drošības apsvērumus.
