Penyimpanan hidrogen{0}}padat berada di pusat hambatan logistik perekonomian hidrogen. Dua kelompok material memimpin paduan tipe AB₂-berbasis muatan-titanium-dan hidrida berbasis magnesium-. Masing-masing hadir dengan kekuatan dan kelemahan. Pilihannya tergantung pada aplikasinya.
Kapasitas: Dinding Gravimetri
Magnesium hidrida (MgH₂) menawarkan kapasitas penyimpanan hidrogen teoretis sebesar 7,6% berat, tertinggi di antara material padat-yang dapat dibalik [11†L7-L8]. Keunggulan gravimetri ini menjadikan magnesium sebagai yang terdepan dalam penelitian berbasis kapasitas selama bertahun-tahun.
Paduan AB₂ berbasis titanium-beroperasi dalam rentang yang berbeda. Sistem TiMn₂ dan TiCr₂ biasanya menghasilkan kepadatan penyimpanan nominal 1,8–2,0% berat [1†L29-L31]. Komposisi yang dioptimalkan seperti Ti0.75Zr0.25Cr0.75Mn1.2 + 1.5 wt.% Ce mendorong menuju 1,87 wt% dalam produksi skalabel [0†L27-L29]. Paduan BCC-entropi tinggi melangkah lebih jauh-Ti32V32Nb18Cr9Mn9 mencapai 2,9% berat [1†L9-L10]. Varian Ti–Cr–V–Mn tipe AB₂ menyimpan 1,92% berat bahkan pada suhu −10 derajat [10†L6-L9].
Pada kepadatan gravimetri saja, magnesium unggul. Namun perbandingan-di dunia nyata lebih bernuansa.
Kinetika: Aktivasi dan Bersepeda
Di sinilah letak perbedaan yang menentukan.
Magnesium hidrida memerlukan suhu dehidrogenasi sekitar 280–300 derajat karena stabilitas ikatan Mg–H yang kuat [3†L5-L6]. Hambatan termodinamika yang tinggi dan kinetika yang lamban membatasi penerapan praktis tanpa pemanasan eksternal [4†L9-L11]. Strategi doping katalitik dan pengurungan nano menurunkan ambang batas ini-beberapa komposit menurunkan suhu awal dehidrogenasi hingga 140 derajat dengan energi aktivasi sebesar 70,5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34]-tetapi ini tetap merupakan pencapaian laboratorium, bukan standar industri.
Paduan titanium beroperasi pada suhu 20–50 derajat, mendekati suhu sekitar. Hal ini menghilangkan kebutuhan akan infrastruktur pemanas yang rumit. Paduan fase Laves tipe AB₂-seperti TiCrMn menyerap dan mendesorpsi hidrogen pada suhu −30 derajat hingga 80 derajat, beradaptasi dengan iklim dingin dan panas sedang tanpa sistem tambahan [10†L34-L37].
Persyaratan magnesium 280 derajat membuatnya tetap-aplikasi khusus pada suhu tinggi. Pengoperasian suhu-ruangan Titanium langsung sesuai dengan penyimpanan otomotif dan alat tulis di dalam pesawat.
Kinetika: Aktivasi dan Bersepeda
Paduan berbasis-titanium menunjukkan kinerja aktivasi yang baik tanpa perlakuan awal. Studi menunjukkan paduan berbasis Ti–Mn menyerap hidrogen pada suhu kamar di bawah 5 MPa, menghasilkan hingga 1,98% berat tanpa siklus aktivasi sebelumnya [1†L32-L36]. Struktur titanium berpori dibuat melalui metalurgi serbuk-menggunakan bubuk Ti yang dicampur dengan Mn/Cr, pengepresan isostatik dingin, dan sintering vakum pada suhu 1200 derajat - mencapai penyimpanan reversibel sekitar 1,8% berat dengan histeresis yang dapat diabaikan dan tidak ada pembusukan yang terlihat selama 10 siklus [9†L5-L8].
Kinetika magnesium tetap menjadi penghambat utama. Bahkan dengan katalisis ko-Ni, Cr, Fe, Cu, energi aktivasi hidrogenasi dan dehidrogenasi MgH₂ memerlukan rekayasa yang cermat. Stabilitas termalnya sangat tinggi sehingga untuk menyerap hidrogen memerlukan suhu yang tinggi secara menyeluruh [3†L36-L37].
Stabilitas bersepeda memperkuat keunggulan titanium. Paduan Ti-AB₂ menunjukkan umur siklus yang diperpanjang melebihi 1000 siklus dengan retensi kapasitas lebih dari 80% [1†L4-L6]. Sebaliknya, magnesium hidrida mengalami siklus ekspansi-kontraksi volume selama pembentukan dan dekomposisi hidrida, yang menyebabkan penghancuran partikel dan penurunan kapasitas.
Keamanan dan Tekanan Pengoperasian
Sistem Titanium beroperasi di bawah 4 MPa dalam konfigurasi-kondisi padat-tekanan rendah, dibandingkan dengan 70 MPa untuk tangki hidrogen terkompresi Tipe IV [1†L20-L21]. Tekanan yang lebih rendah mengurangi biaya penahanan dan menghilangkan risiko pecahnya bencana.
Magnesium hidrida, meskipun secara teoritis aman, memerlukan-pengoperasian suhu tinggi. Pemanasan hingga 300 derajat menimbulkan pertimbangan keamanan tersendiri.
