Un composto superconduttore a strati economico e utile può anche essere un materiale allo stato solido efficiente per immagazzinare idrogeno. L'approccio del consorzio Energy Materials Network (EMN) del Dipartimento dell'Energia (DOE) per accelerare la scoperta e lo sviluppo di materiali sta iniziando a dare i suoi frutti.

Attraverso la teoria e la sperimentazione, Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno scoperto il meccanismo chiave con cui il diboruro di magnesio (MgB2) assorbe l'idrogeno e hanno fornito informazioni chiave sul percorso di reazione che converte l'MgB2 nella sua forma con la più alta capacità di idrogeno, boroidruro di magnesio (Mg(BH4)2). Mg(BH4)2 è un materiale di stoccaggio dell'idrogeno particolarmente promettente a causa del suo alto contenuto di idrogeno e dell'interessante termodinamica.

"Le intuizioni fornite dal nostro studio sono un passo importante verso lo sbloccaggio del potenziale di questo materiale per lo stoccaggio dell'idrogeno allo stato solido, "ha detto Keith Ray, Fisico LLNL e autore principale di un articolo apparso sulla copertina interna del numero di settembre di Chimica Fisica Fisica Chimica .

Lo stoccaggio dell'idrogeno è una delle tecnologie abilitanti fondamentali per i sistemi di trasporto alimentati a idrogeno e per la resilienza della rete, stoccaggio dell'energia e utilizzo di diverse risorse nazionali in tutti i settori, che può ridurre la dipendenza dal petrolio.

L'idrogeno ha un'elevata densità di energia gravimetrica:i veicoli a celle a combustibile oggi in circolazione possono percorrere più di 300 miglia con 5 chilogrammi di idrogeno e zero inquinamento dal tubo di scappamento. Però, gli attuali veicoli alimentati a idrogeno si affidano a serbatoi di stoccaggio dell'idrogeno ad alta pressione, che limitano la praticità delle infrastrutture. Per di più, l'utilizzo di gas H2 a 700 bar (700 atmosfere di pressione) è inefficiente a causa delle perdite di compressione.

Lo stoccaggio di idrogeno allo stato solido in idruri metallici complessi può offrire sistemi di stoccaggio a bordo molto più compatti e pressioni di esercizio ridotte. Però, idruri metallici complessi sono spesso caratterizzati da scarsa cinetica e percorsi di idrogenazione a più fasi che non sono ben compresi.

Nel nuovo studio, il team ha compiuto un passo importante verso la comprensione e il miglioramento di queste carenze. Hanno scoperto che nelle fasi iniziali dell'esposizione all'idrogeno, MgB2 può idrogenare a Mg(BH4)2 senza la formazione di composti intermedi. Poiché è noto che questi intermedi inibiscono la velocità alla quale un veicolo a idrogeno può essere rifornito, la possibilità di evitarli è uno sviluppo importante per rendere l'MgB2 praticabile.

"Abbiamo dimostrato che se puoi combinare la spettroscopia, calcoli dei primi principi e modellazione cinetica, è possibile comprendere il percorso di reazione e il meccanismo chimico specifico in un modo che non è stato fatto prima, " disse Tae Wook Heo, Scienziato dei materiali LLNL e co-autore. Il team di ricerca ha anche scoperto che l'idrogenazione di MgB2 avviene in due fasi di reazione separate quando le molecole di idrogeno si dividono e migrano verso i bordi esposti nel materiale.

Brandon Legno, lo scienziato dei materiali LLNL che guida il progetto, ha affermato che questa ricerca fornisce una tabella di marcia per l'integrazione di esperimenti e teoria verso una comprensione più completa delle reazioni complesse nei materiali di stoccaggio dell'idrogeno allo stato solido. La ricerca fa parte di uno studio più ampio sugli idruri metallici complessi condotto attraverso il Consorzio per la ricerca avanzata dei materiali di stoccaggio dell'idrogeno del Dipartimento dell'energia (HyMARC).