Vad är en hydrid?

Traditionella hydrider är enkla föreningar där väte har en negativ laddning. De innehåller ofta en eller flera positiva metalljoner — som i till exempel litiumaluminiumhydrid (LiAlH4). Dessa ämnen är baser och är kraftfulla reduktionsmedel som kan vara farliga att hantera. Ändå, i sökandet efter lämpliga ersättningar för fossila bränslen, anses metallhydrider vara troliga kandidater. Detta kan vara särskilt sant för övergångsmetallhydrider.

Några av de vanligare traditionella metallhydriderna är natrium, kalcium och nickel. Dessa ämnen kategoriseras som hydrider av alkali, alkaliska jordartsmetaller och övergångsmetaller. För en alkali- eller jordalkalimetallhydrid är kemisk bindning oftast av de kovalenta, joniska och blandade joniska varianterna. Nickelhydrid, som används vid tillverkning av fordonsbatterier, bildas genom att kombinera elementen under högt tryck. Denna metallhydrid uppvisar en annan typ av kemisk bindning, som tros vara väsentlig för vätelagringsprocessen.

Nickelhydrid påminner i viss mån om hydriden i dess andra övergångsmetall, palladium. Dessa två element förenas med väte genom en mängd olika metallbindningar som kallas ”interstitiell bindning”. I denna typ av bindning har större atomer mindre atomer – i detta fall väte – infogade mellan dem. Utan att kräva de stränga villkor som krävs för nickel, bildas palladiumhydrid vid rumstemperatur och atmosfärstryck och lagrar upp till 900 gånger dess volym i väte. Även om palladium är oöverkomligt dyrt, skulle det teoretiskt kunna användas och skulle utgöra ett säkrare och effektivare sätt att transportera väte i fordon än trycksatta tankar med gas.

Palladiumatomer är nästan 5.5 gånger så stora som väte. Nickelatomer är 4.6 gånger större än väte. Detta kan jämföras med ett förhållande på 2.1 gånger för järn och kol, som binder interstitiellt för att bilda kolstål. Oavsett vilket förhållande atomstorleksförhållandet som har att göra med lättheten för diffusiv insättning, indikerar denna korrelation i bindning till den för kolstål att både nickel- och palladiumhydrider är legeringar av olika slag.

Om hydrider ska anses vara allvarliga utmanare för användning måste vissa utmaningar mötas – ett exempel på detta kan ses inom bränslelagring. För det första, när vätgas diffunderar in i en metall, bygger den snabbt upp ett mottryck som bromsar den fortsatta diffusionen. Doping av primärmetallen med ett annat metalliskt element kan minska denna tendens. Ett annat problem är att hydridmetallsubstratet vid varje upprepad cykel expanderar och drar ihop sig. Substratbitar kan brytas ned till mindre partiklar och producera fina partiklar som blir en källa till svårigheter om de inte filtreras bort. Slutligen måste hydrider överträffa utmanarna, vilka inkluderar eventuellt flytande väte och flytande bor-väte-komplex.