Brintlagringsreaktioner bærer en kompleks dans mod hurtigere optagelse

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere har simuleret hydrogenlagringsreaktionerne i et lovende materiale og opdaget, hvorfor brintoptagelsen bliver langsommere, når materialet absorberer brint, hvilket giver indsigt, der kunne bruges til forbedringer.

Forbedring af brintlagring i faststofmaterialer afhænger af en bedre forståelse af flertrins kemiske reaktioner, der finder sted ved komplekse grænseflader. Ved disse grænseflader omdannes materialet fra at indeholde brint til en hydrogenmættet fase, da dets molekylære enheder reagerer og binder med hydrogen og strukturelt omarrangeres. Analoge transformationer styrer en række forskellige kemiske og elektrokemiske energilagringskontekster, fra brintlagringsmaterialer til batterier.

At afsløre de underliggende mekanismer involveret i hydrogeneringen af ​​magnesiumdiborid (MgB₂ ), har et hold af LLNL-forskere brugt simuleringer af molekylær dynamik. De fandt ud af, at magnesiumioner (Mg ²⁺ ) driver den elektriske polarisering af molekylære enheder og ladningsomfordeling, der er afgørende for spaltning af bor (B) fra det originale MgB₂ materiale og muliggør sekventiel hydrogenbinding til B-atomer for at danne det hydrogenmættede Mg(BH₄ )₂ fase. Nærmere bestemt Mg ²⁺ i nærheden ioner polariserer BHX-enheder, hvilket tillader det positivt ladede midterste boratom at tiltrække og binde med hydrogenanioner, som er negativt ladede gennem interaktioner med Mg ²⁺ . Forskningen vises i tidsskriftet ACS Applied Materials &Interfaces .

Analysen afslørede desuden en mulig forklaring på opbremsningen af ​​brintoptagelsen i MgB₂ som Mg(BH₄ )₂ dannes, hvilket forhindrer fuld hydrogenering uden høj temperatur og tryk i forsøg. Bor indeholdt i de sekskantede plader af MgB₂ er mindre stabil, og derfor mere tilbøjelig til at binde brint, når det lokale miljø er Mg-fattigt. Men da materialet omdannes til Mg(BH₄ )₂ , overfladerne af den resterende MgB₂ materiale bliver mere Mg-rigt, hvilket bremser hydrogeneringen.

"Vores simuleringer fanger reaktionsvejene i MgB₂ som fører til brintabsorption," sagde LLNL-fysiker og forfatter Keith Ray. "Forhåbentlig vil denne forståelse muliggøre yderligere forskning for at låse op for hurtig hydrogenering ved lavere temperaturer og tryk."

Andre LLNL-forfattere inkluderer ShinYoung Kang, Liwen Wan, Sichi Li, Tae Wook Heo, Jonathan Lee, Alexander Baker og Brandon Wood. + Udforsk yderligere

Uorden i overfladematerialer nøglen til bedre brintlagring