Datadrevet model forudsiger hurtigt dehydrogeneringsbarrierer i faststofmaterialer
Forskere har udviklet en datadrevet model til at forudsige dehydrogeneringsbarriererne for magnesiumhydrid (MgH2 ), et lovende materiale til lagring af brint i fast form. Dette fremskridt rummer et betydeligt potentiale for at forbedre brintlagringsteknologier, en afgørende komponent i overgangen til bæredygtige energiløsninger.
Brint, der er anerkendt for dets alsidighed og rene energipotentiale, kan produceres fra forskellige vedvarende kilder. Solid-state hydrogen storage materialer, især MgH2 , betragtes som de bedste kandidater til effektiv brintlagring på grund af deres høje lagerkapacitet og ressourceoverflod.
Men på trods af omfattende forskning gennem de sidste fem årtier, er materialeegenskaberne af MgH2 har endnu ikke nået de præstationsmål, der er fastsat af det amerikanske energiministerium (US-DOE).
Nøgleudfordringen ligger i at forstå de grundlæggende principper for faststof-brintlagringsreaktioner. Nuværende metoder til at vurdere effektiviteten af brintlagringsmaterialer er afhængige af dehydrogeneringsentalpi og energibarrierer, hvor sidstnævnte er særligt komplekse og beregningskrævende at beregne. Traditionelle overgangstilstandssøgningsteknikker forbliver, selvom de er forfinet over tid, dyre og tidskrævende, hvilket begrænser tempoet for opdagelse og optimering.
For at løse dette har forskerholdet introduceret en model, der forudsiger dehydrogeneringsbarriererne ved hjælp af let beregnelige parametre:Krystal Hamilton-populationskredsløbet for Mg-H-bindingen og afstanden mellem atomare hydrogenatomer. Ved at udlede et afstand-energiforhold fanger modellen den væsentlige kemi af reaktionskinetikken med væsentligt lavere beregningskrav end konventionelle metoder.
Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition .
"Vores model tilbyder en hurtigere og mere effektiv måde at forudsige dehydrogeneringsydelsen af brintlagringsmaterialer," sagde Hao Li, lektor ved Tohoku University's Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) og tilsvarende forfatter til papiret. "Dette giver os mulighed for at bygge bro over den videnskløft, som eksperimentelle teknikker efterlader, og fremskynde udviklingen af højtydende brintlagringsløsninger."
Modellens forudsigelsesevne blev valideret mod typiske eksperimentelle målinger, viser fremragende overensstemmelse og giver klare designretningslinjer for at forbedre ydeevnen af MgH2 . Dette gennembrud driver ikke kun magnesiumhydrid tættere på US-DOE-målene, men sætter også scenen for bredere anvendelser i andre metalhydrider.
Forskerholdet planlægger at udvide modellens anvendelse ud over magnesiumbaserede materialer. Fleksibiliteten af modellens variabler giver mulighed for hurtig rekalibrering til forskellige metalhydrider, hvilket potentielt letter opdagelsen af nye kompositmaterialer og innovative solid-state brintlagringsløsninger.
"Ved at tilpasse vores model til forskellige metalhydrider kan vi fremskynde efterforskningen og optimeringen af materialer til brintlagring, hvilket banede vejen for renere og mere effektive energisystemer," tilføjede Li.
Flere oplysninger: Chaoqun Li et al., Billed the Gap Between the Performance and US-DOE's Hydrogen Storage Target:A Data-Driven Model for MgH2 Dehydrogenation, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202320151
Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition
Leveret af Tohoku University
Varme artikler
-
Ny vandspaltningskatalysator kunne gøre det lettere at generere solbrændstofBinghamton University lektor i fysik Louis Piper. Kredit:Binghamton University, State University of New York Vandspaltning, processen med at høste solenergi for at generere energitætte brændstoffe -
Neutroner afslører hurtig metan -translationel diffusion ved grænsefladen mellem to klathratstrukt…Enhedsceller af clathratstruktur I og clathrate -struktur II. Forskellige typer polyhedrale bure er repræsenteret i forskellige farver. Kredit:Ranieri et al., Nature Comm . Gasclathrat-hydrater -
En bedre måde at opdele vandmolekyler for at producere brint ved hjælp af sollysTransmissionselektronmikroskopi. en, b, Valgt område-elektrondiffraktionsmønster opnået fra SrTiO3:Al ladet med Rh (0,1 vægt-%)/Cr2O3 (0,05 vægt-%)/CoOOH (0,05 vægt-%) (a) og tilsvarende transmissions -
Oddball-enzym giver nem vej til syntetiske biomaterialerNy opskrift bruger overset DNA-builder til at forenkle produktionen af syntetiske biomaterialer til applikationer lige fra lægemiddellevering til nanotråde. Kredit:Stefan Zauscher, Duke University
- Nanokrystal doping forbedrer halvleder nanokrystaller
- Skoler i Barcelona laver et kort over byens luftforurening takket være borgervidenskab
- Israelere, der ikke er villige til at risikere en to-statsløsning, siger ny rapport
- Kompakt, grøn og bilfri. Kan byliv slå klimaændringer?
- Konkrete løsninger, der sænker både emissioner og luftforurening
- Infrarøde øjne på Enceladus:Antydninger af frisk is på den nordlige halvkugle