Was ist ein Hydrid?
Traditionelle Hydride sind einfache Verbindungen, in denen Wasserstoff negativ geladen ist. Sie enthalten häufig ein oder mehrere positive Metallionen - wie beispielsweise Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH 4 ). Diese Substanzen sind Basen und starke Reduktionsmittel, deren Handhabung gefährlich sein kann. Bei der Suche nach einem geeigneten Ersatz für fossile Brennstoffe werden Metallhydride jedoch als wahrscheinliche Kandidaten angesehen. Dies kann insbesondere für Übergangsmetallhydride zutreffen.
Einige der gebräuchlichsten herkömmlichen Metallhydride sind Natrium-, Calcium- und Nickelhydride. Diese Substanzen werden jeweils als Hydride von Alkali-, Erdalkali- und Übergangsmetallen eingestuft. Bei einem Alkali- oder Erdalkalimetallhydrid handelt es sich bei der chemischen Bindung am häufigsten um eine kovalente, ionische oder gemischte ionische Variante. Nickelhydrid, das bei der Herstellung von Fahrzeugbatterien verwendet wird, wird durch Kombinieren der Elemente unter hohem Druck gebildet. Dieses Metallhydrid weist eine andere Art von chemischer Bindung auf, von der angenommen wird, dass sie für den Wasserstoffspeicherungsprozess wesentlich ist.
Nickelhydrid ähnelt in gewissem Maße dem Hydrid seines Übergangsmetallkollegen Palladium. Diese beiden Elemente verbinden sich mit Wasserstoff über eine Vielzahl von Metallbindungen, die als "interstitielle Bindung" bezeichnet werden. Bei dieser Art der Bindung sind zwischen größeren Atomen kleinere Atome - in diesem Fall Wasserstoff - eingefügt. Ohne die für Nickel erforderlichen strengen Bedingungen bildet sich Palladiumhydrid bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck, wobei es bis zum 900-fachen seines Volumens in Wasserstoff gespeichert wird. Obwohl Palladium unerschwinglich teuer ist, könnte es theoretisch verwendet werden und wäre ein sichereres und effizienteres Mittel zum Transport von Wasserstoff in Fahrzeugen als unter Druck stehende Gastanks.
Palladiumatome sind fast 5,5-mal so groß wie Wasserstoffatome. Nickelatome sind 4,6-mal größer als Wasserstoff. Dies steht einem 2,1-fachen Verhältnis von Eisen und Kohlenstoff gegenüber, die sich interstitiell zu Kohlenstoffstahl verbinden. Welches Verhältnis auch immer das Atomgrößenverhältnis zur Leichtigkeit der diffusiven Einführung hat, diese Korrelation bei der Bindung mit der von Kohlenstoffstahl weist darauf hin, dass sowohl Nickel- als auch Palladiumhydride Arten von Legierungen sind.
Wenn Hydride als ernstzunehmende Kandidaten für die Verwendung angesehen werden sollen, müssen einige Herausforderungen bewältigt werden - ein Beispiel hierfür ist die Lagerung von Kraftstoff. Zum einen baut sich beim Eindiffundieren von Wasserstoffgas in ein Metall schnell ein Gegendruck auf, der die weitere Diffusion verlangsamt. Das Dotieren des Primärmetalls mit einem anderen metallischen Element kann diese Tendenz verringern. Ein weiteres Problem besteht darin, dass sich das Hydridmetallsubstrat bei jedem wiederholten Zyklus ausdehnt und zusammenzieht. Substratstücke können in kleinere Partikel zerfallen und Feinanteile produzieren, die zu einer Schwierigkeitsquelle werden, sofern sie nicht herausgefiltert werden. Schließlich müssen Hydride die Konkurrenten übertreffen, zu denen möglicherweise verflüssigter Wasserstoff und flüssige Bor-Wasserstoff-Komplexe gehören.