L'Institut national des sciences des matériaux (NIMS), l'Université de Tohoku et l'Institut japonais de recherche sur le rayonnement synchrotron (JASRI) ont développé une série de Er(Ho)Co₂ alliages à base de refroidissement magnétique permettant de refroidir efficacement l'hydrogène de 77 K à 20 K :sa température de liquéfaction. Ces alliages présentent une excellente durabilité cyclique et peuvent être utilisés pour développer un système de réfrigération magnétique haute performance capable de liquéfaction de l'hydrogène à faible coût, une technologie clé pour parvenir à une utilisation généralisée du carburant vert.

Le carburant hydrogène devrait jouer un rôle important dans la promotion d'une société neutre en carbone. L'hydrogène gazeux a un grand volume et sa liquéfaction présente de grands avantages en termes de sécurité et d'économie d'espace pour le stockage et le transport. L'utilisation généralisée de l'hydrogène nécessitera le développement de nouvelles technologies permettant de produire de l'hydrogène liquide à un coût nettement inférieur. La technologie de réfrigération magnétique exploite les changements d'entropie magnétique dans un matériau magnétique en réponse à l'application et à la suppression cycliques d'un champ magnétique externe. La suppression du champ magnétique fait passer les moments magnétiques des atomes dans le matériau d'orientations alignées à des orientations aléatoires. Cela amène le matériau à absorber la chaleur d'un gaz réfrigérant qui l'entoure, refroidissant et liquéfiant indirectement l'hydrogène. En théorie, la technologie de réfrigération magnétique peut être de 25 % à plus de 50 % plus économe en énergie que la technologie de réfrigération conventionnelle à compression de vapeur. De plus, la taille de l'équipement nécessaire peut être beaucoup plus petite car il ne nécessite pas un gros compresseur - un gros consommateur d'énergie - ce qui réduit potentiellement considérablement le coût de production d'hydrogène liquide. Cependant, aucun matériau magnétique existant n'était capable de refroidir efficacement l'hydrogène sur une large plage de températures allant de 77 K (température de liquéfaction de l'azote) à 20 K (température de liquéfaction de l'hydrogène) et de résister à la détérioration causée par l'accumulation de contraintes internes résultant de l'exposition à des champs magnétiques changeants et températures.

Er(Ho)Co₂ Les composés magnétiques à base de - étaient connus pour être efficaces pour refroidir l'hydrogène de 77 K à 20 K. Cependant, leur capacité de refroidissement n'était pas réversible en raison de leurs mauvaises performances cycliques. Ces problèmes sont surmontés dans ce travail. Ce groupe de recherche a découvert qu'en ajoutant des traces d'éléments de métaux de transition 3d, les composés résistent à la détérioration causée par l'application répétée de champs magnétiques et les fluctuations de température. En ajustant les types et les quantités de ces additifs, le groupe a pu développer une série de matériaux magnétiques qui peuvent être utilisés en combinaison pour refroidir l'hydrogène de 77 K à 20 K sans compromettre leurs capacités de refroidissement élevées dans cette plage de températures. + Explorer plus loin

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