Een goedkope en bruikbare gelaagde supergeleiderverbinding kan ook een efficiënt materiaal in vaste toestand zijn voor het opslaan van waterstof. De consortiumbenadering van het Department of Energy (DOE) Energy Materials Network (EMN) om de ontdekking en ontwikkeling van materialen te versnellen, begint vruchten af ​​te werpen.

Door theorie en experimenten, Wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben het belangrijkste mechanisme ontdekt waarmee magnesiumdiboride (MgB2) waterstof absorbeert en hebben belangrijke inzichten verschaft in de reactieroute die MgB2 omzet in de vorm met de hoogste waterstofcapaciteit, magnesiumboorhydride (Mg(BH4)2). Mg(BH4)2 is een bijzonder veelbelovend waterstofopslagmateriaal vanwege het hoge waterstofgehalte en de aantrekkelijke thermodynamica.

"De inzichten die onze studie oplevert, zijn een belangrijke stap in de richting van het ontsluiten van het potentieel van dit materiaal voor waterstofopslag in vaste toestand, " zei Keith Ray, LLNL-fysicus en hoofdauteur van een paper op de binnenkant van de omslag van het septembernummer van Fysische chemie Chemische fysica .

Opslag van waterstof is een van de cruciale ontsluitende technologieën voor transportsystemen op waterstof, evenals de veerkracht van het net, energieopslag en gebruik van diverse binnenlandse hulpbronnen in verschillende sectoren, wat de afhankelijkheid van olie kan verminderen.

Waterstof heeft een hoge gravimetrische energiedichtheid - brandstofcelvoertuigen die tegenwoordig op de weg rijden, kunnen meer dan 500 mijl afleggen met 5 kilogram waterstof - en geen vervuiling door de uitlaat. Echter, huidige waterstofaangedreven voertuigen vertrouwen op hogedruk waterstofopslagtanks, die de bruikbaarheid van de infrastructuur beperken. Verder, het gebruik van 700 bar (700 atmosfeer druk) H2-gas is inefficiënt vanwege compressieverliezen.

Opslag van waterstof in vaste toestand in complexe metaalhydriden kan veel compactere opslagsystemen aan boord en lagere werkdrukken bieden. Echter, complexe metaalhydriden worden vaak gekenmerkt door slechte kinetiek en meerstapshydrogeneringsroutes die niet goed worden begrepen.

In de nieuwe studie het team heeft een belangrijke stap gezet om deze tekortkomingen te begrijpen en te verbeteren. Ze ontdekten dat in de beginfase van blootstelling aan waterstof, MgB2 kan hydrogeneren tot Mg(BH4)2 zonder de vorming van intermediaire verbindingen. Aangezien bekend is dat deze tussenproducten de snelheid remmen waarmee een waterstofvoertuig kan worden getankt, de mogelijkheid om ze te vermijden is een belangrijke ontwikkeling om MgB2 praktisch levensvatbaar te maken.

"We hebben laten zien dat als je spectroscopie kunt combineren, eerste principes berekeningen en kinetische modellering, het is mogelijk om het reactiepad en het specifieke chemische mechanisme te begrijpen op een manier die nog niet eerder is gedaan, " zei Tae Wook Heo, LLNL materiaalwetenschapper en co-auteur. Het onderzoeksteam ontdekte ook dat MgB2-hydrogenering plaatsvindt in twee afzonderlijke reactiefasen, aangezien waterstofmoleculen zich splitsen en migreren naar blootgestelde randen in het materiaal.

Brandon hout, de LLNL materiaalwetenschapper die het project leidt, zei dat dit onderzoek een routekaart biedt voor het integreren van experimenten en theorie naar een meer uitgebreid begrip van complexe reacties in waterstofopslagmaterialen in vaste toestand. Het onderzoek maakt deel uit van een bredere studie van complexe metaalhydriden die wordt uitgevoerd door het Department of Energy's Hydrogen Storage Materials-Advanced Research Consortium (HyMARC).