คลังเก็บไฮโดรเจนแบบโซลิด-เป็นจุดศูนย์กลางของปัญหาคอขวดด้านลอจิสติกส์ของเศรษฐกิจไฮโดรเจน ตระกูลวัสดุสองกลุ่มเป็นผู้นำโลหะผสมประเภท AB₂-ที่มีประจุ-ไทเทเนียม-และไฮไดรด์ที่มีแมกนีเซียม- แต่ละคนมีจุดแข็งและข้อเสีย ทางเลือกขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน
ความจุ: ผนังกราวิเมตริก
แมกนีเซียมไฮไดรด์ (MgH₂) มีความสามารถในการกักเก็บไฮโดรเจนตามทฤษฎีที่ 7.6% โดยน้ำหนัก ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาวัสดุสถานะของแข็ง-ที่ผันกลับได้ [11†L7-L8] ความได้เปรียบแบบกราวิเมตริกนี้ทำให้แมกนีเซียมอยู่ในระดับแนวหน้าของการวิจัยที่ขับเคลื่อนด้วยขีดความสามารถมานานหลายปี
โลหะผสม AB₂ ที่เป็นไทเทเนียม-ทำงานในช่วงที่แตกต่างกัน โดยทั่วไประบบ TiMn₂ และ TiCr₂ จะให้ความหนาแน่นในการจัดเก็บข้อมูลที่กำหนด 1.8–2.0% โดยน้ำหนัก [1†L29-L31] องค์ประกอบที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพ เช่น Ti0.75Zr0.25Cr0.75Mn1.2 + 1.5 wt.% Ce ดันไปที่ 1.87 wt% ในการผลิตที่ปรับขนาดได้ [0†L27-L29] โลหะผสม BCC เอนโทรปีสูง-ไปไกลกว่านั้น Ti32V32Nb18Cr9Mn9 ถึง 2.9 wt% [1†L9-L10] ตัวแปร Ti–Cr–V–Mn ชนิด AB₂ เก็บได้ 1.92 โดยน้ำหนัก% แม้ที่ −10 องศา [10†L6-L9]
เฉพาะความหนาแน่นของกราวิเมตริกเพียงอย่างเดียว แมกนีเซียมก็จะชนะ แต่การเปรียบเทียบในโลกจริง-นั้นมีความละเอียดอ่อนมากกว่า
จลนศาสตร์: การเปิดใช้งานและการปั่นจักรยาน
นี่คือความแตกต่างที่ชัดเจน
แมกนีเซียมไฮไดรด์ต้องการอุณหภูมิการดีไฮโดรจีเนชันประมาณ 280–300 องศา เนื่องจากมีความเสถียรของพันธะ Mg–H ที่แข็งแกร่ง [3†L5-L6] สิ่งกีดขวางทางอุณหพลศาสตร์สูงและจลนพลศาสตร์ที่เชื่องช้าจำกัดการใช้งานจริงโดยไม่ต้องให้ความร้อนจากภายนอก [4†L9-L11] กลยุทธ์การเติมตัวเร่งปฏิกิริยาและการกักขังระดับนาโนจะลดเกณฑ์เหล่านี้ลง คอมโพสิต PdNi@rGN บางชนิดทำให้อุณหภูมิเริ่มต้นของการดีไฮโดรจีเนชันลดลงเหลือ 140 องศา โดยมีพลังงานกระตุ้น 70.5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34] แต่สิ่งเหล่านี้ยังคงเป็นความสำเร็จของห้องปฏิบัติการ ไม่ใช่มาตรฐานอุตสาหกรรม
โลหะผสมไทเทเนียมทำงานที่อุณหภูมิ 20–50 องศา ใกล้กับสภาพแวดล้อม ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการใช้โครงสร้างพื้นฐานในการทำความร้อนที่ซับซ้อน โลหะผสมเฟส Laves ประเภท AB₂- เช่น TiCrMn ดูดซับและขจัดไฮโดรเจนที่ −30 องศาถึง 80 องศา ปรับให้เข้ากับสภาพอากาศหนาวเย็นและความร้อนปานกลางโดยไม่มีระบบเสริม [10†L34-L37]
ข้อกำหนด 280 องศาของแมกนีเซียมทำให้สามารถใช้งานเฉพาะกลุ่มที่มีอุณหภูมิสูง-ได้ การทำงานของอุณหภูมิห้อง-ของไทเทเนียมเหมาะสมกับการจัดเก็บในรถยนต์และแบบอยู่กับที่โดยตรง
จลนศาสตร์: การเปิดใช้งานและการปั่นจักรยาน
โลหะผสมที่มีไทเทเนียม-แสดงประสิทธิภาพการกระตุ้นที่ดีโดยไม่ต้องมีการบำบัดล่วงหน้า การศึกษาแสดงให้เห็นว่าโลหะผสมที่มี Ti–Mn ดูดซับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิห้องต่ำกว่า 5 MPa ซึ่งส่งได้ถึง 1.98% โดยน้ำหนักโดยไม่ต้องมีรอบการกระตุ้นก่อนหน้า [1†L32-L36] โครงสร้างไทเทเนียมที่มีรูพรุนซึ่งเตรียมโดยผงโลหะวิทยา-โดยใช้ผง Ti ผสมกับ Mn/Cr การกดแบบไอโซสแตติกแบบเย็น และการเผาผนึกแบบสุญญากาศที่ 1200 องศา ทำให้ได้พื้นที่จัดเก็บโดยรอบแบบพลิกกลับได้ประมาณ 1.8 โดยน้ำหนัก% โดยมีฮิสเทรีซีสเล็กน้อย และไม่มีการสลายตัวที่มองเห็นได้ตลอด 10 รอบ [9†L5-L8]
จลนพลศาสตร์ของแมกนีเซียมยังคงเป็นปัญหาคอขวดหลัก แม้ว่าจะมีการเร่งปฏิกิริยาด้วย Ni, Cr, Fe, Cu co- พลังงานกระตุ้นการเกิดไฮโดรจิเนชันและดีไฮโดรจีเนชันของ MgH₂ ยังต้องใช้วิศวกรรมที่ระมัดระวัง ความคงตัวทางความร้อนสูงมากจนการดูดซับไฮโดรเจนต้องใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นทั่วกระดาน [3†L36-L37]
ความมั่นคงในการปั่นจักรยานตอกย้ำข้อได้เปรียบของไทเทเนียม โลหะผสม Ti-AB₂ มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 1,000 รอบ โดยมีการรักษาความจุได้มากกว่า 80% [1†L4-L6] ในทางตรงกันข้าม แมกนีเซียมไฮไดรด์จะต้องทนทุกข์ทรมานจากวงจรการขยายตัวและการหดตัวของปริมาตรในระหว่างการก่อตัวของไฮไดรด์และการสลายตัว ซึ่งนำไปสู่การบดเป็นอนุภาคและความจุลดลง
ความปลอดภัยและแรงดันใช้งาน
ระบบไทเทเนียมทำงานต่ำกว่า 4 MPa ในการกำหนดค่า-สถานะของแข็งความดันต่ำ- เทียบกับ 70 MPa สำหรับถังไฮโดรเจนบีบอัด Type IV [1†L20-L21] แรงดันที่ต่ำกว่าจะช่วยลดต้นทุนการกักเก็บและลดความเสี่ยงที่จะเกิดการแตกร้าวอย่างรุนแรง
แมกนีเซียมไฮไดรด์ แม้ว่าในทางทฤษฎีจะปลอดภัย แต่ต้องใช้การทำงานที่อุณหภูมิสูง- การทำความร้อนที่ 300 องศาทำให้เกิดข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยของตัวเอง
