水素化物とは

従来の水素化物は、水素が負電荷を帯びている単純な化合物です。 多くの場合、1つ以上の正の金属イオンが含まれています。たとえば、水素化アルミニウムリチウム（LiAlH ₄ ）などです。 これらの物質は塩基であり、取り扱いが危険な強力な還元剤です。 それにもかかわらず、化石燃料の適切な代替品の検索では、金属水素化物は有望な候補と見なされます。 これは、遷移金属水素化物の場合に特に当てはまります。

より一般的な伝統的な金属水素化物のいくつかは、ナトリウム、カルシウム、ニッケルのものです。 これらの物質は、それぞれアルカリ、アルカリ土類、および遷移金属の水素化物に分類されます。 アルカリまたはアルカリ土類金属水素化物の場合、化学結合は、最も一般的には共有結合、イオン、および混合イオンの種類です。 車両用バッテリーの製造に使用されるニッケル水素は、高圧下で元素を組み合わせることにより形成されます。 この金属水素化物は、水素貯蔵プロセスに不可欠であると考えられている異なる種類の化学結合を示します。

ニッケル水素化物は、仲間の遷移金属であるパラジウムの水素化物にある程度似ています。 これらの2つの元素は、「格子間結合」と呼ばれるさまざまな金属結合を介して水素と結合します。 このタイプの結合では、大きい原子ほど小さい原子（この場合は水素）が原子間に挿入されます。 ニッケルに必要な厳しい条件を必要とせず、室温および大気圧で水素化パラジウムが形成され、その体積の最大900倍を水素に保存します。 パラジウムは法外に高価ですが、理論的には使用でき、ガスの加圧タンクよりも安全で効率的な車両水素運搬手段を提供します。

パラジウム原子は、水素の約5.5倍の大きさです。 ニッケル原子は水素の4.6倍です。 これは、鉄と炭素の比率が2.1倍であり、それらは隙間に結合して炭素鋼を形成します。 原子サイズ比が拡散挿入の容易さに関係するものが何であれ、炭素鋼の結合とのこの相関関係は、ニッケルとパラジウムの両方が一種の合金であることを示しています。

水素化物を使用するための深刻な候補と見なされる場合、いくつかの課題に対処する必要があります。これの一例は、燃料貯蔵で見ることができます。 1つは、水素ガスが金属に拡散すると、背圧が急速に蓄積し、それ以上の拡散が遅くなることです。 一次金属に別の金属元素をドーピングすると、この傾向を緩和できます。 別の問題は、繰り返されるサイクルごとに、水素化物金属基板が膨張および収縮することです。 基材の破片はより小さな粒子に分解される可能性があり、細かいものが生成されるため、フィルターで除去しない限り問題の原因となります。 最後に、水素化物は、液化水素および液体ホウ素-水素錯体を含む可能性のある競合他社よりも優れている必要があります。