Um composto supercondutor em camadas barato e útil também pode ser um material de estado sólido eficiente para armazenar hidrogênio. A abordagem de consórcio da Rede de Materiais de Energia (EMN) do Departamento de Energia (DOE) para acelerar a descoberta e o desenvolvimento de materiais está começando a dar frutos.

Por meio da teoria e experimentação, Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) descobriram o principal mecanismo pelo qual o diboreto de magnésio (MgB2) absorve hidrogênio e forneceram informações importantes sobre a via de reação que converte o MgB2 em sua forma de maior capacidade de hidrogênio, boro-hidreto de magnésio (Mg (BH4) 2). Mg (BH4) 2 é um material de armazenamento de hidrogênio particularmente promissor devido ao seu alto conteúdo de hidrogênio e termodinâmica atraente.

"Os insights fornecidos por nosso estudo são um passo importante para desbloquear o potencial deste material para armazenamento de hidrogênio em estado sólido, "disse Keith Ray, Físico do LLNL e autor principal de um artigo apresentado na capa interna da edição de setembro da Físico Química Física Química .

O armazenamento de hidrogênio é uma das tecnologias capacitadoras críticas para sistemas de transporte movidos a hidrogênio, bem como resiliência da rede, armazenamento de energia e uso de diversos recursos domésticos em todos os setores, o que pode reduzir a dependência do óleo.

O hidrogênio tem uma alta densidade de energia gravimétrica - os veículos com células de combustível nas estradas hoje podem viajar mais de 300 milhas com 5 quilogramas de hidrogênio - e poluição zero do tubo de escape. Contudo, os atuais veículos movidos a hidrogênio dependem de tanques de armazenamento de hidrogênio de alta pressão, que limitam a praticidade da infraestrutura. Além disso, o uso de gás H2 de 700 bar (700 atmosferas de pressão) é ineficiente devido às perdas por compressão.

O armazenamento de hidrogênio em estado sólido em hidretos metálicos complexos pode oferecer sistemas de armazenamento a bordo muito mais compactos e pressões operacionais reduzidas. Contudo, hidretos de metais complexos são frequentemente caracterizados por uma cinética pobre e vias de hidrogenação em várias etapas que não são bem compreendidas.

No novo estudo, a equipe deu um passo importante para entender e melhorar essas deficiências. Eles descobriram que nos estágios iniciais de exposição ao hidrogênio, O MgB2 pode hidrogenar a Mg (BH4) 2 sem a formação de compostos intermediários. Uma vez que esses intermediários são conhecidos por inibir a velocidade na qual um veículo de hidrogênio pode ser reabastecido, a possibilidade de evitá-los é um desenvolvimento importante para tornar o MgB2 praticamente viável.

"Mostramos que se você pode combinar a espectroscopia, cálculos de primeiros princípios e modelagem cinética, é possível entender a via de reação e o mecanismo químico específico de uma forma que não foi feita antes, "disse Tae Wook Heo, Cientista de materiais do LLNL e coautor. A equipe de pesquisa também descobriu que a hidrogenação do MgB2 ocorre em dois estágios de reação separados, à medida que as moléculas de hidrogênio se dividem e migram para as bordas expostas do material.

Brandon Wood, o cientista de materiais LLNL que lidera o projeto, disse que esta pesquisa fornece um roteiro para a integração de experimentos e teoria em direção a uma compreensão mais abrangente de reações complexas em materiais de armazenamento de hidrogênio em estado sólido. A pesquisa é parte de um estudo mais amplo de hidretos metálicos complexos que está sendo conduzido por meio do Consórcio de Pesquisa Avançada de Materiais de Armazenamento de Hidrogênio do Departamento de Energia (HyMARC).