Storan hidrogen keadaan pepejal-berada di tengah-tengah kesesakan logistik ekonomi hidrogen. Dua keluarga bahan mengetuai aloi jenis-titanium-berasaskan AB₂-dan magnesium-hidrida. Setiap satu datang dengan kekuatan dan kelemahan. Pilihan bergantung pada aplikasi.
Kapasiti: Dinding Gravimetrik
Magnesium hidrida (MgH₂) menawarkan kapasiti penyimpanan hidrogen secara teori sebanyak 7.6 wt%, yang tertinggi di antara bahan keadaan pepejal-terbalik [11†L7-L8]. Kelebihan gravimetrik ini telah mengekalkan magnesium di barisan hadapan dalam penyelidikan didorong kapasiti selama bertahun-tahun.
Aloi AB₂ berasaskan Titanium-beroperasi dalam julat yang berbeza. Sistem TiMn₂ dan TiCr₂ biasanya memberikan ketumpatan storan nominal 1.8–2.0 wt% [1†L29-L31]. Komposisi dioptimumkan seperti Ti0.75Zr0.25Cr0.75Mn1.2 + 1.5 berat.% Ce menolak ke arah 1.87 wt% dalam pengeluaran boleh skala [0†L27-L29]. Aloi BCC{30}}entropi tinggi pergi lebih jauh-Ti32V32Nb18Cr9Mn9 mencapai 2.9% berat [1†L9-L10]. Varian Ti–Cr–V–Mn jenis AB₂ menyimpan 1.92% berat walaupun pada −10 darjah [10†L6-L9].
Pada ketumpatan gravimetrik sahaja, magnesium menang. Tetapi perbandingan dunia-sebenar lebih bernuansa.
Kinetik: Pengaktifan dan Berbasikal
Di sini terletak perbezaan yang menentukan.
Magnesium hidrida memerlukan suhu penyahhidrogenan sekitar 280–300 darjah kerana kestabilan ikatan Mg–H yang kuat [3†L5-L6]. Halangan termodinamik yang tinggi dan kinetik lembap menyekat penggunaan praktikal tanpa pemanasan luaran [4†L9-L11]. Strategi doping pemangkin dan penahanan nano menurunkan ambang ini-beberapa komposit PdNi@rGN menurunkan suhu mula penyahhidrogenan kepada 140 darjah dengan tenaga pengaktifan 70.5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34]-tetapi ini kekal sebagai pencapaian makmal, bukan piawaian industri.
Aloi titanium beroperasi pada 20–50 darjah , berhampiran ambien. Ini menghapuskan keperluan untuk infrastruktur pemanasan yang kompleks. Aloi fasa Laves jenis AB₂-seperti TiCrMn menyerap dan menyahserap hidrogen pada −30 darjah hingga 80 darjah, menyesuaikan diri dengan iklim sejuk dan haba sederhana tanpa sistem tambahan [10†L34-L37].
Keperluan 280 darjah Magnesium mengekalkannya dalam-aplikasi khusus suhu tinggi. Operasi suhu bilik Titanium-sesuai secara langsung dengan storan automotif dan pegun di atas kapal.
Kinetik: Pengaktifan dan Berbasikal
Aloi berasaskan Titanium-mempamerkan prestasi pengaktifan yang menggalakkan tanpa prarawatan. Kajian menunjukkan aloi berasaskan Ti–Mn menyerap hidrogen pada suhu bilik di bawah 5 MPa, memberikan sehingga 1.98 wt% tanpa kitaran pengaktifan sebelumnya [1†L32-L36]. Struktur titanium berliang yang disediakan oleh metalurgi serbuk-menggunakan serbuk Ti yang dicampur dengan Mn/Cr, penekanan isostatik sejuk dan pensinteran vakum pada 1200 darjah -mencapai storan boleh balik ambien sekitar 1.8 wt% dengan histerisis yang boleh diabaikan dan tiada pereputan yang boleh dilihat sepanjang 10 kitaran [9†L5-L8].
Kinetik magnesium kekal sebagai hambatan utama. Walaupun dengan pemangkinan Ni, Cr, Fe, Cu{1}}, tenaga pengaktifan penghidrogenan dan penyahhidrogenan MgH₂ memerlukan kejuruteraan yang teliti. Kestabilan terma adalah sangat tinggi sehingga menyerap hidrogen memerlukan suhu tinggi di seluruh papan [3†L36-L37].
Kestabilan berbasikal mengukuhkan kelebihan titanium. Aloi Ti-AB₂ menunjukkan hayat kitaran lanjutan melebihi 1000 kitaran dengan pengekalan kapasiti lebih 80% [1†L4-L6]. Magnesium hidrida, sebaliknya, mengalami kitaran pengembangan-penguncupan isipadu semasa pembentukan dan penguraian hidrida, yang membawa kepada penumpukan zarah dan pudar kapasiti.
Keselamatan dan Tekanan Operasi
Sistem titanium beroperasi di bawah 4 MPa dalam konfigurasi keadaan pepejal-rendah, berbanding 70 MPa untuk tangki hidrogen termampat Jenis IV [1†L20-L21]. Tekanan yang lebih rendah mengurangkan kos pembendungan dan menghapuskan risiko pecah bencana.
Magnesium hidrida, walaupun secara teorinya selamat, memerlukan-operasi suhu tinggi. Pemanasan hingga 300 darjah memperkenalkan pertimbangan keselamatannya sendiri.
