Kietojo-kūno vandenilio saugykla yra vandenilio ekonomikos logistikos kliūties centre. Dvi medžiagų grupės sudaro įkrovos-titano- AB₂- tipo lydinius ir magnio-hidridus. Kiekvienas iš jų turi privalumų ir trūkumų. Pasirinkimas priklauso nuo programos.
Talpa: Gravimetrinė siena
Magnio hidrido (MgH₂) teorinė vandenilio talpa yra 7,6 masės %, tai yra didžiausia tarp grįžtamųjų kietojo kūno medžiagų [11†L7-L8]. Dėl šio gravimetrinio pranašumo magnis daugelį metų išliko pajėgumu pagrįstų tyrimų priešakyje.
Titano -pagrindo AB₂ lydiniai veikia skirtinguose diapazonuose. TiMn₂ ir TiCr₂ sistemos paprastai užtikrina 1,8–2,0 masės % vardinį saugojimo tankį [1†L29-L31]. Optimizuotos kompozicijos, pvz., Ti0,75Zr0,25Cr0,75 Mn1.2 + 1.5 masės % Ce, stumia link 1,87 masės % keičiamo dydžio gamyboje [0†L27-L29]. Didelės-entropijos BCC lydiniai yra toliau – Ti32V32Nb18Cr9Mn9 pasiekia 2,9 masės % [1†L9-L10]. AB2 tipo Ti–Cr–V–Mn variantai sulaiko 1,92 masės % net esant –10 laipsnių [10†L6-L9].
Vien dėl gravimetrinio tankio laimi magnis. Tačiau realus palyginimas{1}} yra labiau niuansuotas.
Kinetika: aktyvinimas ir važiavimas dviračiu
Čia ir slypi lemiamas skirtumas.
Magnio hidrido dehidrogenavimo temperatūra yra maždaug 280–300 laipsnių dėl stiprios Mg-H jungties stabilumo [3†L5-L6]. Aukštos termodinaminės kliūtys ir vangi kinetika riboja praktinį naudojimą be išorinio šildymo [4†L9-L11]. Katalizinis dopingas ir nanokonfigūravimo strategijos sumažina šias ribas – kai kurie PdNi@rGN kompozitai sumažina dehidrogenavimo pradžios temperatūrą iki 140 laipsnių, kai aktyvinimo energija yra 70,5 kJ·mol⁻¹ [11†L31-L34], tačiau tai išlieka standartiniais laboratoriniais pasiekimais.
Titano lydiniai veikia 20–50 laipsnių temperatūroje, netoli aplinkos. Tai pašalina sudėtingos šildymo infrastruktūros poreikį. AB₂- tipo Laves fazės lydiniai, tokie kaip TiCrMn, sugeria ir desorbuoja vandenilį nuo –30 laipsnių iki 80 laipsnių, prisitaikydami tiek prie šalto klimato, tiek prie vidutinio karščio be pagalbinių sistemų [10†L34-L37].
Magnio 280 laipsnių reikalavimas leidžia jį išlaikyti aukštoje{1}}temperatūroje. Titano kambario-temperatūros režimas tiesiogiai tinka automobiliams ir stacionariai saugyklai.
Kinetika: aktyvinimas ir važiavimas dviračiu
Titano -lydiniai pasižymi palankiomis aktyvinimo savybėmis be išankstinio apdorojimo. Tyrimai rodo, kad Ti-Mn lydiniai sugeria vandenilį kambario temperatūroje, žemesnėje nei 5 MPa, tiekdami iki 1,98 masės % be išankstinio aktyvinimo ciklų [1†L32-L36]. Porėtos titano struktūros, paruoštos miltelių metalurgijos būdu-naudojant Ti miltelius, sumaišytus su Mn/Cr, šaltuoju izostatiniu presavimu ir vakuuminiu sukepimu 1200 laipsnių temperatūroje – pasiekiamas grįžtamasis saugojimas aplinkoje apie 1,8 masės % su nereikšminga histereze ir jokio matomo skilimo per 10 ciklų [9-L8].
Magnio kinetika išlieka pagrindine kliūtimi. Net ir atliekant Ni, Cr, Fe, Cu kokatalizę, MgH₂ hidrinimo ir dehidrogenavimo aktyvinimo energijai reikia kruopštaus inžinerijos. Šiluminis stabilumas yra toks didelis, kad vandeniliui sugerti reikalinga aukštesnė temperatūra [3†L36-L37].
Stabilumas važiuojant dviračiu sustiprina titano pranašumus. Ti-AB₂ lydinių ciklas pailgėja ilgiau nei 1000 ciklų ir išlaiko daugiau nei 80 % talpos [1†L4-L6]. Magnio hidridas, priešingai, kenčia nuo tūrio padidėjimo ir susitraukimo ciklų hidrido susidarymo ir skilimo metu, todėl dalelės susmulkinamos ir talpa išnyksta.
Sauga ir darbinis slėgis
Titano sistemos veikia žemiau 4 MPa esant žemo-slėgio kietojo kūno{2}} konfigūracijoms, palyginti su 70 MPa IV tipo suslėgto vandenilio bakuose [1†L20-L21]. Mažesnis slėgis sumažina izoliavimo išlaidas ir pašalina katastrofiško plyšimo riziką.
Magnio hidridas, nors ir teoriškai saugus, reikalauja veikti aukštoje{0}}temperatūroje. Šildymas iki 300 laipsnių įveda savo saugos aspektus.
