Forskare har utvecklat en datadriven modell för att förutsäga dehydreringsbarriärerna för magnesiumhydrid (MgH2 ), ett lovande material för lagring av väte i fast tillstånd. Detta framsteg har betydande potential för att förbättra teknik för lagring av väte, en avgörande komponent i övergången till hållbara energilösningar.
Vätgas, känt för sin mångsidighet och rena energipotential, kan produceras från olika förnybara källor. Lagringsmaterial för väte i fast tillstånd, särskilt MgH2 , anses vara de främsta kandidaterna för effektiv vätelagring på grund av sin höga lagringskapacitet och resursöverflöd.
Men trots omfattande forskning under de senaste fem decennierna har materialegenskaperna hos MgH2 har ännu inte uppnått prestationsmålen som satts upp av US Department of Energy (US-DOE).
Den viktigaste utmaningen ligger i att förstå de grundläggande principerna för lagring av väte i fast tillstånd. Nuvarande metoder för att bedöma effektiviteten av vätelagringsmaterial är beroende av dehydreringsentalpi och energibarriärer, där de senare är särskilt komplexa och beräkningskrävande att beräkna. Traditionella söktekniker för övergångstillstånd, även om de förfinas med tiden, förblir kostsamma och tidskrävande, vilket begränsar hastigheten för upptäckt och optimering.
För att ta itu med detta har forskargruppen introducerat en modell som förutsäger dehydreringsbarriärerna med hjälp av lättberäknade parametrar:Hamiltons kristallomlopp för Mg-H-bindningen och avståndet mellan atomära väteatomer. Genom att härleda ett distans-energiförhållande fångar modellen den väsentliga kemin i reaktionskinetiken med betydligt lägre beräkningskrav än konventionella metoder.
Resultaten publiceras i tidskriften Angewandte Chemie International Edition .
"Vår modell erbjuder ett snabbare och mer effektivt sätt att förutsäga dehydreringsprestandan för vätelagringsmaterial", säger Hao Li, docent vid Tohoku Universitys Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) och motsvarande författare till artikeln. "Detta gör att vi kan överbrygga kunskapsklyftan efter experimentella tekniker och påskynda utvecklingen av högpresterande vätelagringslösningar."
Modellens prediktiva kraft validerades mot typiska experimentella mätningar, visade utmärkt överensstämmelse och ger tydliga designriktlinjer för att förbättra prestandan hos MgH2 . Detta genombrott driver inte bara magnesiumhydrid närmare US-DOE-målen utan sätter också scenen för bredare tillämpningar inom andra metallhydrider.
Forskargruppen planerar att utöka modellens tillämpning utöver magnesiumbaserade material. Flexibiliteten hos modellens variabler möjliggör snabb omkalibrering till olika metallhydrider, vilket potentiellt underlättar upptäckten av nya kompositmaterial och innovativa vätelagringslösningar i fast tillstånd.
"Genom att anpassa vår modell till olika metallhydrider kan vi påskynda utforskningen och optimeringen av vätelagringsmaterial, vilket banar väg för renare och effektivare energisystem", tillade Li.
Mer information: Chaoqun Li et al, bild av gapet mellan prestanda och US-DOE:s vätelagringsmål:en datadriven modell för MgH2 Dehydrogenation, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202320151
Journalinformation: Angewandte Chemie International Edition
Tillhandahålls av Tohoku University
