Kho lưu trữ hydro ở trạng thái rắn-là trung tâm của nút thắt hậu cần của nền kinh tế hydro. Hai họ vật liệu dẫn đầu là hợp kim loại AB₂-dựa trên điện tích và hydrua dựa trên magie-. Mỗi cái đều có điểm mạnh và nhược điểm. Sự lựa chọn phụ thuộc vào ứng dụng.
Công suất: Bức tường trọng lực
Magiê hydrua (MgH₂) có khả năng lưu trữ hydro theo lý thuyết là 7,6% trọng lượng, cao nhất trong số các vật liệu ở trạng thái rắn{1}}có thể thuận nghịch [11†L7-L8]. Lợi thế về trọng lượng này đã giúp magiê luôn dẫn đầu trong nghiên cứu dựa trên năng lực trong nhiều năm.
Hợp kim AB₂ dựa trên titan{0}}hoạt động ở phạm vi khác. Hệ thống TiMn₂ và TiCr₂ thường cung cấp mật độ lưu trữ danh nghĩa ở mức 1,8–2,0% trọng lượng [1†L29-L31]. Các thành phần được tối ưu hóa như Ti0,75Zr0,25Cr0,75Mn1.2 + 1.5 wt.% Ce đẩy tới 1,87 wt% khi sản xuất có thể mở rộng [0†L27-L29]. Hợp kim BCC entropy-cao còn tiến xa hơn nữa-Ti32V32Nb18Cr9Mn9 đạt 2,9 wt% [1†L9-L10]. Các biến thể Ti–Cr–V–Mn loại AB₂ lưu trữ 1,92% trọng lượng ngay cả ở −10 độ [10†L6-L9].
Riêng về mật độ trọng lượng, magie chiếm ưu thế. Nhưng sự so sánh trong thế giới thực-có nhiều sắc thái hơn.
Động học: Kích hoạt và đạp xe
Đây là sự khác biệt mang tính quyết định.
Magiê hydrua yêu cầu nhiệt độ khử hydro khoảng 280–300 độ do độ ổn định liên kết Mg–H mạnh [3†L5-L6]. Rào cản nhiệt động cao và động học chậm hạn chế việc triển khai thực tế mà không cần gia nhiệt bên ngoài [4†L9-L11]. Các chiến lược pha tạp xúc tác và giam giữ nano hạ thấp các ngưỡng này - một số vật liệu tổng hợp PdNi@rGN giảm nhiệt độ bắt đầu khử hydro xuống 140 độ với năng lượng kích hoạt là 70,5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34] - nhưng đây vẫn là những thành tựu trong phòng thí nghiệm chứ không phải tiêu chuẩn công nghiệp.
Hợp kim titan hoạt động ở nhiệt độ 20–50 độ, gần nhiệt độ môi trường xung quanh. Điều này giúp loại bỏ sự cần thiết của cơ sở hạ tầng sưởi ấm phức tạp. Hợp kim pha Laves loại AB₂-như TiCrMn hấp thụ và giải hấp hydro ở nhiệt độ −30 độ đến 80 độ, thích ứng với cả khí hậu lạnh và nhiệt độ vừa phải mà không cần hệ thống phụ trợ [10†L34-L37].
Yêu cầu 280 độ của Magie giúp nó có thể sử dụng được trong các ứng dụng thích hợp có nhiệt độ-cao. Hoạt động ở nhiệt độ-trong phòng của Titanium phù hợp trực tiếp với kho lưu trữ cố định và ô tô trên xe.
Động học: Kích hoạt và đạp xe
Hợp kim dựa trên titan-có hiệu suất kích hoạt thuận lợi mà không cần xử lý trước. Các nghiên cứu cho thấy hợp kim dựa trên Ti–Mn hấp thụ hydro ở nhiệt độ phòng dưới 5 MPa, cung cấp tới 1,98% trọng lượng mà không cần chu kỳ kích hoạt trước [1†L32-L36]. Cấu trúc titan xốp được điều chế bằng phương pháp luyện kim bột{10}}sử dụng bột Ti trộn với Mn/Cr, ép đẳng tĩnh lạnh và thiêu kết chân không ở 1200 độ - đạt được mức lưu trữ có thể đảo ngược trong môi trường xung quanh khoảng 1,8% trọng lượng với độ trễ không đáng kể và không bị phân hủy rõ ràng trong 10 chu kỳ [9†L5-L8].
Động học của magie vẫn là nút thắt cổ chai chính. Ngay cả với xúc tác Ni, Cr, Fe, Cu co{1}}, năng lượng kích hoạt quá trình hydro hóa và khử hydro của MgH₂ đòi hỏi phải có kỹ thuật cẩn thận. Độ ổn định nhiệt cao đến mức việc hấp thụ hydro đòi hỏi nhiệt độ cao trên toàn bộ bảng [3†L36-L37].
Sự ổn định khi đạp xe củng cố lợi thế của titan. Hợp kim Ti-AB₂ chứng tỏ vòng đời kéo dài hơn 1000 chu kỳ với khả năng duy trì công suất trên 80% [1†L4-L6]. Ngược lại, magiê hydrua chịu các chu kỳ giãn nở-co lại thể tích trong quá trình hình thành và phân hủy hydrua, dẫn đến quá trình nghiền thành hạt và giảm công suất.
Áp suất an toàn và vận hành
Hệ thống titan hoạt động dưới 4 MPa ở cấu hình trạng thái rắn-áp suất rắn{2}}thấp, so với 70 MPa đối với bình hydro nén Loại IV [1†L20-L21]. Áp suất thấp hơn làm giảm chi phí ngăn chặn và loại bỏ nguy cơ vỡ thảm khốc.
Magiê hydrua, mặc dù an toàn về mặt lý thuyết, nhưng lại yêu cầu hoạt động ở nhiệt độ-cao. Làm nóng đến 300 độ đưa ra những cân nhắc về an toàn riêng.
