Skladiščenje-vodika v polprevodniškem stanju je središče logističnega ozkega grla vodikovega gospodarstva. Dve družini materialov vodita v zlitinah tipa AB₂-na osnovi naboja-titana-in hidridov na osnovi magnezija-. Vsak ima prednosti in slabosti. Izbira je odvisna od aplikacije.
Zmogljivost: gravimetrična stena
Magnezijev hidrid (MgH₂) ponuja teoretično zmogljivost shranjevanja vodika 7,6 mas. %, kar je najvišja med reverzibilnimi materiali v trdnem-agregatnem stanju [11†L7-L8]. Zaradi te gravimetrične prednosti je magnezij že leta v ospredju raziskav, ki temeljijo na zmogljivosti.
Zlitine AB₂ na osnovi titana- delujejo v drugačnem območju. Sistemi TiMn₂ in TiCr₂ običajno zagotavljajo 1,8–2,0 mas. % nazivne gostote shranjevanja [1†L29-L31]. Optimizirane sestave, kot je Ti0,75Zr0,25Cr0,75Mn1.2 + 1.5 masni % Ce, potisnejo proti 1,87 masnega % v razširljivi proizvodnji [0†L27-L29]. Zlitine BCC z visoko-entropijo gredo še dlje – Ti32V32Nb18Cr9Mn9 doseže 2,9 mas. % [1†L9-L10]. Različice Ti–Cr–V–Mn tipa AB₂ shranjujejo 1,92 mas. % tudi pri –10 stopinjah [10†L6-L9].
Samo pri gravimetrični gostoti zmaga magnezij. Toda primerjava-resničnega sveta je bolj niansirana.
Kinetika: aktivacija in kolesarjenje
Tu je odločilna razlika.
Magnezijev hidrid zahteva temperature dehidrogeniranja okoli 280–300 stopinj zaradi močne stabilnosti vezi Mg–H [3†L5-L6]. Visoke termodinamične ovire in počasna kinetika omejujejo praktično uporabo brez zunanjega ogrevanja [4†L9-L11]. Katalitični doping in strategije nanokonfiniranja znižujejo te pragove – nekateri kompoziti PdNi@rGN znižajo začetno temperaturo dehidrogeniranja na 140 stopinj z aktivacijsko energijo 70,5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34] – vendar ti ostajajo laboratorijski dosežki, ne industrijski standardi.
Titanove zlitine delujejo pri 20–50 stopinjah, blizu okolja. To odpravlja potrebo po zapleteni ogrevalni infrastrukturi. Zlitine Lavesove faze tipa AB₂-, kot je TiCrMn, absorbirajo in desorbirajo vodik pri –30 stopinjah do 80 stopinjah in se brez pomožnih sistemov prilagodijo mrzlim podnebjem in zmerni vročini [10†L34-L37].
Magnezij zahteva temperaturo 280 stopinj, kar ga ohranja v visoko-temperaturnih nišnih aplikacijah. Titaniumova sobna-temperatura neposredno ustreza avtomobilskim in stacionarnim skladiščem.
Kinetika: aktivacija in kolesarjenje
Zlitine-na osnovi titana imajo ugodno aktivacijsko zmogljivost brez predhodne obdelave. Študije kažejo, da zlitine na osnovi Ti–Mn absorbirajo vodik pri sobni temperaturi pod 5 MPa in zagotavljajo do 1,98 mas. % brez predhodnih aktivacijskih ciklov [1†L32-L36]. Strukture poroznega titana, pripravljene s praškasto metalurgijo-z uporabo titanovega prahu, pomešanega z Mn/Cr, hladnim izostatičnim stiskanjem in vakuumskim sintranjem pri 1200 stopinjah - dosegajo reverzibilno shranjevanje okoli 1,8 masnega % z zanemarljivo histerezo in brez vidnega razpada v 10 ciklih [9†L5-L8].
Kinetika magnezija ostaja glavno ozko grlo. Tudi pri ko-katalizi Ni, Cr, Fe, Cu zahteva aktivacijska energija hidrogeniranja in dehidrogeniranja MgH₂ skrbno načrtovanje. Toplotna stabilnost je tako visoka, da absorpcija vodika zahteva povišane temperature na vseh področjih [3†L36-L37].
Stabilnost pri kolesarjenju krepi prednost titana. Ti-AB₂ zlitine kažejo podaljšano življenjsko dobo nad 1000 ciklov z več kot 80-odstotno ohranitvijo zmogljivosti [1†L4-L6]. Magnezijev hidrid, nasprotno, trpi zaradi ciklov širjenja-krčenja prostornine med tvorbo in razgradnjo hidrida, kar vodi do drobljenja delcev in zmanjševanja zmogljivosti.
Varnost in delovni tlak
Sistemi iz titana delujejo pod 4 MPa v nizkotlačnih-konfiguracijah v trdnem stanju v primerjavi s 70 MPa za rezervoarje za stisnjen vodik tipa IV [1†L20-L21]. Nižji tlak zmanjša stroške zadrževanja in odpravi katastrofalna tveganja zloma.
Magnezijev hidrid, čeprav je teoretično varen, zahteva delovanje pri visoki-temperaturi. Ogrevanje na 300 stopinj uvaja lastne varnostne pomisleke.
