אחסון מימן מוצק- נמצא במרכז צוואר הבקבוק הלוגיסטי של כלכלת המימן. שתי משפחות חומרים מובילות את סגסוגות מסוג -טיטניום-על בסיס AB₂- והידרידים המבוססים על מגנזיום-. לכל אחד יש יתרונות וחסרונות. הבחירה תלויה באפליקציה.
קיבולת: הקיר הגרבימטרי
מגנזיום הידריד (MgH₂) מציע קיבולת אחסון מימן תיאורטית של 7.6% משקל, הגבוה ביותר מבין חומרי המצב המוצק- הפיכים [11†L7-L8]. יתרון גרבימטרי זה החזיק את המגנזיום בחזית המחקר מונע הקיבולת במשך שנים.
סגסוגות AB₂ מבוססות טיטניום- פועלות בטווח שונה. מערכות TiMn₂ ו-TiCr₂ מספקות בדרך כלל 1.8–2.0% wt% צפיפות אחסון נומינלית [1†L29-L31]. קומפוזיציות אופטימליות כמו Ti0.75Zr0.25Cr0.75Mn1.2 + 1.5 wt.% Ce דוחפים לכיוון 1.87 wt% בייצור מדרגי [0†L27-L29]. סגסוגות BCC עם -אנטרופיה גבוהה הולכים רחוק יותר-Ti32V32Nb18Cr9Mn9 מגיע ל-2.9% משקל [1†L9-L10]. גרסאות Ti–Cr–V–Mn מסוג AB₂ מאחסנות 1.92% משקל אפילו ב-10 מעלות [10†L6-L9].
על צפיפות גרבימטרית בלבד, מגנזיום מנצח. אבל ההשוואה בעולם האמיתי- היא יותר ניואנסית.
קינטיקה: הפעלה ורכיבה על אופניים
כאן טמון ההבדל המכריע.
מגנזיום הידריד דורש טמפרטורות של דה-הידרוגנציה בסביבות 280-300 מעלות עקב יציבות קשר Mg-H חזק [3†L5-L6]. מחסומים תרמודינמיים גבוהים וקינטיקה איטית מגבילים פריסה מעשית ללא חימום חיצוני [4†L9-L11]. אסטרטגיות סימום קטליטי ואסטרטגיות ננו-כליאה מורידות את הספים הללו - חלק מהחומרים המרוכבים של PdNi@rGN מורידים את טמפרטורת ההתחלה של דה-hydrogenation ל-140 מעלות עם אנרגיית הפעלה של 70.5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34] - אך אלו נותרו הישגי מעבדה, לא תקנים תעשייתיים.
סגסוגות טיטניום פועלות ב-20-50 מעלות, קרוב לסביבה. זה מבטל את הצורך בתשתית חימום מורכבת. סגסוגות שלב לאבס מסוג AB₂- כמו TiCrMn סופגות וסופגות מימן ב-30 מעלות עד 80 מעלות, תוך התאמה לאקלים קר וגם לחום מתון ללא מערכות עזר [10†L34-L37].
דרישת המגנזיום של 280 מעלות שומרת אותו ביישומי נישה-גבוהים. תפעול הטמפרטורה בחדר-של טיטניום מתאים ישירות לרכב ולאחסון נייח.
קינטיקה: הפעלה ורכיבה על אופניים
סגסוגות המבוססות על-טיטניום מציגות ביצועי הפעלה נוחים ללא טיפול מקדים. מחקרים מראים כי סגסוגות מבוססות Ti-Mn סופגות מימן בטמפרטורת החדר מתחת ל-5 MPa, ומספקות עד 1.98% משקל ללא מחזורי הפעלה קודמים [1†L32-L36]. מבני טיטניום נקבוביים שהוכנו על ידי מטלורגיית אבקה-באמצעות אבקת Ti מעורבבת עם Mn/Cr, כבישה איזוסטטית קרה וסינטרינג ואקום ב-1200 מעלות - משיגים אחסון הפיך סביבתי בסביבות 1.8% wt עם היסטרזיס זניח וללא דעיכה גלויה מעל 10-L8 מחזורים [9-L8].
הקינטיקה של המגנזיום נותרה צוואר הבקבוק העיקרי. אפילו עם קטליזה Ni, Cr, Fe, Cu-, אנרגיית הפעלת ההידרוגנציה והדה-הידרוגנציה של MgH₂ דורשת הנדסה זהירה. היציבות התרמית כל כך גבוהה שספיגת מימן דורשת טמפרטורות גבוהות על פני הלוח [3†L36-L37].
יציבות רכיבה על אופניים מחזקת את היתרון של טיטניום. סגסוגות Ti-AB₂ מדגימות חיי מחזור ארוכים מעבר ל-1000 מחזורים עם שימור קיבולת של למעלה מ-80% [1†L4-L6]. מגנזיום הידריד, לעומת זאת, סובל ממחזורי התפשטות-התכווצות נפח במהלך היווצרות ופירוק הידריד, מה שמוביל לפירוק חלקיקים ולדהיית קיבולת.
בטיחות ולחץ תפעול
מערכות טיטניום פועלות מתחת ל-4 MPa בתצורות-בלחץ מוצק-נמוך, בהשוואה ל-70 MPa עבור מיכלי מימן דחוס מסוג IV [1†L20-L21]. הלחץ הנמוך מפחית את עלויות הבלימה ומבטל סיכוני קרע קטסטרופליים.
מגנזיום הידריד, למרות שהוא בטוח תיאורטית, דורש פעולה-בטמפרטורה גבוהה. חימום ל-300 מעלות מציג שיקולי בטיחות משלו.
