Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) simularon las reacciones de almacenamiento de hidrógeno en un material prometedor y descubrieron por qué la absorción de hidrógeno se ralentiza a medida que el material absorbe hidrógeno, proporcionando información que podría usarse para mejorar.

Mejorar el almacenamiento de hidrógeno en materiales de estado sólido depende de una mejor comprensión de las reacciones químicas de varios pasos que tienen lugar en interfaces complejas. En estas interfaces, el material se transforma de no contener hidrógeno a una fase saturada de hidrógeno a medida que sus unidades moleculares constituyentes reaccionan y se unen con hidrógeno y se reorganizan estructuralmente. Transformaciones análogas gobiernan una variedad de contextos de almacenamiento de energía química y electroquímica, desde materiales de almacenamiento de hidrógeno hasta baterías.

Revelar los mecanismos subyacentes implicados en la hidrogenación del diboruro de magnesio (MgB₂ ), un equipo de científicos del LLNL ha utilizado simulaciones de dinámica molecular. Descubrieron que los iones de magnesio (Mg ²⁺ ) impulsan la polarización eléctrica de las unidades moleculares y la redistribución de carga crítica para escindir el boro (B) del MgB₂ original material y permitiendo la unión secuencial de hidrógeno a los átomos de B para formar el Mg(BH₄) saturado de hidrógeno )₂ fase. Específicamente, cerca de Mg ²⁺ Los iones polarizan las unidades BHX, lo que permite que el átomo de boro central cargado positivamente atraiga y se una a los aniones de hidrógeno, que están cargados negativamente a través de interacciones con Mg ²⁺ . La investigación aparece en la revista ACS Applied Materials &Interfaces .

El análisis también reveló una posible explicación para la desaceleración de la absorción de hidrógeno en MgB₂ como Mg(BH₄ )₂ se forma, lo que evita la hidrogenación completa sin alta temperatura y presión en los experimentos. Boro contenido en las láminas hexagonales de MgB₂ es menos estable y, por lo tanto, más propenso a unir hidrógeno cuando el entorno local es pobre en Mg. Sin embargo, a medida que el material se transforma en Mg(BH₄ )₂ , las superficies del MgB₂ restante el material se vuelve más rico en Mg, lo que ralentiza la hidrogenación.

"Nuestras simulaciones capturan las vías de reacción en MgB₂ que conducen a la absorción de hidrógeno", dijo el físico y autor del LLNL Keith Ray. "Esperemos que esta comprensión permita más investigaciones para desbloquear la hidrogenación rápida a temperaturas y presiones más bajas".

Otros autores de LLNL incluyen a ShinYoung Kang, Liwen Wan, Sichi Li, Tae Wook Heo, Jonathan Lee, Alexander Baker y Brandon Wood. + Explora más

El desorden en los materiales de la superficie es clave para un mejor almacenamiento de hidrógeno