Modelo baseado em dados prevê rapidamente barreiras de desidrogenação em materiais de estado sólido
Validando a precisão do modelo derivado. Crédito:Hao Li e outros Os pesquisadores desenvolveram um modelo baseado em dados para prever as barreiras de desidrogenação do hidreto de magnésio (MgH
2 ), um material promissor para armazenamento de hidrogênio no estado sólido. Este avanço tem um potencial significativo para melhorar as tecnologias de armazenamento de hidrogénio, uma componente crucial na transição para soluções energéticas sustentáveis.
O hidrogénio, reconhecido pela sua versatilidade e potencial energético limpo, pode ser produzido a partir de diversas fontes renováveis. Materiais de armazenamento de hidrogênio no estado sólido, particularmente MgH2 , são considerados os principais candidatos ao armazenamento eficiente de hidrogénio devido à sua elevada capacidade de armazenamento e abundância de recursos.
No entanto, apesar da extensa pesquisa nas últimas cinco décadas, as propriedades materiais do MgH2 ainda não atingiram as metas de desempenho estabelecidas pelo Departamento de Energia dos EUA (US-DOE).
O principal desafio reside na compreensão dos princípios fundamentais das reações de armazenamento de hidrogênio no estado sólido. Os métodos atuais para avaliar a eficiência dos materiais de armazenamento de hidrogênio dependem da entalpia de desidrogenação e das barreiras energéticas, sendo estas últimas particularmente complexas e computacionalmente intensivas para calcular. As técnicas tradicionais de busca de estado de transição, embora refinadas ao longo do tempo, continuam caras e demoradas, limitando o ritmo de descoberta e otimização.
Para resolver isso, a equipe de pesquisa introduziu um modelo que prevê as barreiras de desidrogenação usando parâmetros facilmente computáveis:o orbital da população cristalina de Hamilton da ligação Mg-H e a distância entre os átomos de hidrogênio atômico. Ao derivar uma relação distância-energia, o modelo captura a química essencial da cinética da reação com demandas computacionais significativamente mais baixas do que os métodos convencionais.
A composição dos descritores para a cinética do MgH2 desidrogenação. Crédito:Hao Li e outros
As descobertas foram publicadas na revista Angewandte Chemie International Edition .
"Nosso modelo oferece uma maneira mais rápida e eficiente de prever o desempenho da desidrogenação de materiais de armazenamento de hidrogênio", disse Hao Li, professor associado do Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais da Universidade de Tohoku (WPI-AIMR) e autor correspondente do artigo. “Isso nos permite preencher a lacuna de conhecimento deixada pelas técnicas experimentais e acelerar o desenvolvimento de soluções de armazenamento de hidrogênio de alto desempenho”.
O poder preditivo do modelo foi validado em relação a medições experimentais típicas, mostrando excelente concordância e fornecendo diretrizes de projeto claras para melhorar o desempenho do MgH2 . Este avanço não apenas aproxima o hidreto de magnésio das metas do US-DOE, mas também prepara o terreno para aplicações mais amplas em outros hidretos metálicos.
A equipe de pesquisa planeja estender a aplicação do modelo além dos materiais à base de magnésio. A flexibilidade das variáveis do modelo permite uma rápida recalibração para diferentes hidretos metálicos, facilitando potencialmente a descoberta de novos materiais compósitos e soluções inovadoras de armazenamento de hidrogênio em estado sólido.
“Ao adaptar nosso modelo a vários hidretos metálicos, podemos acelerar a exploração e otimização de materiais de armazenamento de hidrogênio, abrindo caminho para sistemas de energia mais limpos e eficientes”, acrescentou Li.
