Los investigadores han desarrollado un modelo basado en datos para predecir las barreras de deshidrogenación del hidruro de magnesio (MgH2 ), un material prometedor para el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido. Este avance tiene un potencial significativo para mejorar las tecnologías de almacenamiento de hidrógeno, un componente crucial en la transición hacia soluciones energéticas sostenibles.
El hidrógeno, reconocido por su versatilidad y potencial energético limpio, puede producirse a partir de diversas fuentes renovables. Materiales de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido, particularmente MgH2 , se consideran candidatos principales para el almacenamiento eficiente de hidrógeno debido a su alta capacidad de almacenamiento y abundancia de recursos.
Sin embargo, a pesar de una extensa investigación durante las últimas cinco décadas, las propiedades materiales del MgH2 aún no hemos cumplido los objetivos de desempeño establecidos por el Departamento de Energía de EE. UU. (US-DOE).
El desafío clave radica en comprender los principios fundamentales de las reacciones de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido. Los métodos actuales para evaluar la eficiencia de los materiales de almacenamiento de hidrógeno se basan en la entalpía de deshidrogenación y las barreras energéticas, siendo estas últimas particularmente complejas y computacionalmente intensivas de calcular. Las técnicas tradicionales de búsqueda de estados de transición, aunque se perfeccionan con el tiempo, siguen siendo costosas y requieren mucho tiempo, lo que limita el ritmo de descubrimiento y optimización.
Para abordar esto, el equipo de investigación ha introducido un modelo que predice las barreras de deshidrogenación utilizando parámetros fácilmente computables:el orbital de la población de Hamilton del cristal del enlace Mg-H y la distancia entre los átomos de hidrógeno atómicos. Al derivar una relación distancia-energía, el modelo captura la química esencial de la cinética de reacción con demandas computacionales significativamente menores que los métodos convencionales.
Los hallazgos se publican en la revista Angewandte Chemie International Edition. .
"Nuestro modelo ofrece una forma más rápida y eficiente de predecir el rendimiento de la deshidrogenación de los materiales de almacenamiento de hidrógeno", dijo Hao Li, profesor asociado del Instituto Avanzado de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku (WPI-AIMR) y autor correspondiente del artículo. "Esto nos permite cerrar la brecha de conocimiento que dejan las técnicas experimentales y acelerar el desarrollo de soluciones de almacenamiento de hidrógeno de alto rendimiento".
El poder predictivo del modelo se validó frente a mediciones experimentales típicas, mostrando una excelente concordancia y proporcionando pautas de diseño claras para mejorar el rendimiento del MgH2. . Este avance no solo acerca al hidruro de magnesio a los objetivos del Departamento de Energía de EE. UU., sino que también sienta las bases para aplicaciones más amplias en otros hidruros metálicos.
El equipo de investigación planea ampliar la aplicación del modelo más allá de los materiales basados en magnesio. La flexibilidad de las variables del modelo permite una rápida recalibración a diferentes hidruros metálicos, lo que potencialmente facilita el descubrimiento de nuevos materiales compuestos y soluciones innovadoras de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido.
"Al adaptar nuestro modelo a varios hidruros metálicos, podemos acelerar la exploración y optimización de materiales de almacenamiento de hidrógeno, allanando el camino para sistemas energéticos más limpios y eficientes", añadió Li.
Más información: Chaoqun Li et al, Representando la brecha entre el rendimiento y el objetivo de almacenamiento de hidrógeno del Departamento de Energía de EE. UU.:un modelo basado en datos para MgH2 Deshidrogenación, Edición Internacional Angewandte Chemie (2024). DOI:10.1002/anie.202320151
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie
Proporcionado por la Universidad de Tohoku
