Wat is een hydride?
Traditionele hydriden zijn eenvoudige verbindingen waarin waterstof een negatieve lading draagt. Ze bevatten vaak een of meer positieve metaalionen - zoals bijvoorbeeld lithiumaluminiumhydride (LiAlH 4 ). Deze stoffen zijn basen en zijn krachtige reductiemiddelen die gevaarlijk kunnen zijn om te hanteren. Niettemin worden metaalhydriden bij het zoeken naar geschikte vervangers voor fossiele brandstoffen als waarschijnlijke kandidaten beschouwd. Dit kan met name het geval zijn voor overgangsmetaalhydriden.
Enkele van de meest voorkomende traditionele metaalhydriden zijn natrium, calcium en nikkel. Deze stoffen zijn respectievelijk gecategoriseerd als de hydriden van alkali, aardalkalimetalen en overgangsmetalen. Voor een alkali of een aardalkalimetaalhydride is chemische binding meestal van de covalente, ionische en gemengde ionische variëteiten. Nikkelhydride, gebruikt bij de productie van accu's voor voertuigen, wordt gevormd door de elementen onder hoge druk te combineren. Dit metaalhydride vertoont een ander soort chemische binding, waarvan wordt aangenomen dat deze essentieel is voor het waterstofopslagproces.
Nikkelhydride lijkt enigszins op het hydride van zijn collega-overgangsmetaal, palladium. Deze twee elementen verenigen zich met waterstof via een verscheidenheid aan metaalbindingen die "interstitiële binding" worden genoemd. In dit type binding hebben grotere atomen kleinere atomen - in dit geval waterstof - ertussenin ingevoegd. Niet vereist de stringente omstandigheden die nodig zijn voor nikkel, vormt palladiumhydride bij kamertemperatuur en atmosferische druk, waarbij tot 900 maal het volume in waterstof wordt opgeslagen. Hoewel palladium onbetaalbaar is, zou het theoretisch kunnen worden gebruikt en zou het een veiligere, efficiëntere manier zijn om waterstof in voertuigen te vervoeren dan gastanks onder druk.
Palladiumatomen zijn bijna 5,5 keer zo groot als die van waterstof. Nikkelatomen zijn 4,6 keer groter dan waterstof. Dit is te vergelijken met een verhouding van 2,1 keer voor ijzer en koolstof, die interstitiaal binden om koolstofstaal te vormen. Welke relatie atomaire grootteverhouding ook heeft met het gemak van diffuse insertie, deze correlatie in binding met die van koolstofstaal geeft aan dat zowel nikkel als palladiumhydriden soorten legeringen zijn.
Als hydriden als ernstige kanshebbers voor gebruik worden beschouwd, moeten enkele uitdagingen worden overwonnen - een voorbeeld hiervan is te zien in de brandstofopslag. Ten eerste, omdat waterstofgas wordt gediffundeerd in een metaal, bouwt het snel een tegendruk op die de verdere diffusie vertraagt. Het doteren van het primaire metaal met een ander metaalelement kan deze neiging verminderen. Een ander probleem is dat bij elke herhaalde cyclus het hydridemetaalsubstraat uitzet en samentrekt. Substraatstukken kunnen in kleinere deeltjes worden afgebroken, waardoor fijne deeltjes worden geproduceerd die een bron van problemen worden tenzij ze worden uitgefilterd. Ten slotte moeten hydriden de kanshebbers overtreffen, waaronder mogelijk vloeibaar gemaakte waterstof- en vloeibare boor-waterstofcomplexen.