Os cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) simularam as reações de armazenamento de hidrogênio em um material promissor e descobriram por que a absorção de hidrogênio diminui à medida que o material absorve hidrogênio, fornecendo informações que podem ser usadas para melhorias.
Melhorar o armazenamento de hidrogênio em materiais de estado sólido depende de uma melhor compreensão das reações químicas de várias etapas que ocorrem em interfaces complexas. Nessas interfaces, o material se transforma de não conter hidrogênio para uma fase saturada de hidrogênio à medida que suas unidades moleculares constituintes reagem e se ligam ao hidrogênio e se reorganizam estruturalmente. Transformações análogas governam uma variedade de contextos de armazenamento de energia química e eletroquímica, desde materiais de armazenamento de hidrogênio até baterias.

Para revelar os mecanismos subjacentes envolvidos na hidrogenação do diboreto de magnésio (MgB₂ ), uma equipe de cientistas do LLNL usou simulações de dinâmica molecular. Eles descobriram que os íons de magnésio (Mg ²⁺ ) conduzem a polarização elétrica de unidades moleculares e redistribuição de carga crítica para clivar o boro (B) do MgB original₂ material e permitindo a ligação sequencial de hidrogênio a átomos B para formar o Mg saturado de hidrogênio (BH₄ )₂ Estágio. Especificamente, nas proximidades de Mg ²⁺ os íons polarizam as unidades BHX, permitindo que o átomo de boro central carregado positivamente atraia e se ligue a ânions de hidrogênio, que são carregados negativamente por meio de interações com Mg ²⁺ . A pesquisa aparece na revista ACS Applied Materials &Interfaces .

A análise também revelou uma possível explicação para a desaceleração da absorção de hidrogênio em MgB₂ como Mg(BH₄ )₂ é formado, o que impede a hidrogenação completa sem alta temperatura e pressão em experimentos. Boro contido nas folhas hexagonais de MgB₂ é menos estável e, portanto, mais propenso a se ligar ao hidrogênio quando o ambiente local é pobre em Mg. No entanto, à medida que o material se transforma em Mg(BH₄ )₂ , as superfícies do MgB restante₂ material torna-se mais rico em Mg, retardando a hidrogenação.

"Nossas simulações capturam as vias de reação no MgB₂ que levam à absorção de hidrogênio", disse o físico e autor do LLNL Keith Ray. "Esperamos que essa compreensão permita mais pesquisas para desbloquear a hidrogenação rápida em temperaturas e pressões mais baixas".

Outros autores do LLNL incluem ShinYoung Kang, Liwen Wan, Sichi Li, Tae Wook Heo, Jonathan Lee, Alexander Baker e Brandon Wood. + Explorar mais

Desordem nos materiais de superfície é a chave para um melhor armazenamento de hidrogênio