Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont simulé les réactions de stockage d'hydrogène dans un matériau prometteur et découvert pourquoi l'absorption d'hydrogène ralentit lorsque le matériau absorbe l'hydrogène, fournissant des informations qui pourraient être utilisées pour des améliorations.

L'amélioration du stockage de l'hydrogène dans les matériaux à l'état solide dépend d'une meilleure compréhension des réactions chimiques en plusieurs étapes qui se déroulent à des interfaces complexes. À ces interfaces, le matériau se transforme de ne contenant pas d'hydrogène à une phase saturée d'hydrogène lorsque ses unités moléculaires constitutives réagissent et se lient avec l'hydrogène et se réarrangent structurellement. Des transformations analogues régissent une variété de contextes de stockage d'énergie chimique et électrochimique, des matériaux de stockage d'hydrogène aux batteries.

Révéler les mécanismes sous-jacents impliqués dans l'hydrogénation du diborure de magnésium (MgB₂ ), une équipe de scientifiques du LLNL a utilisé des simulations de dynamique moléculaire. Ils ont découvert que les ions magnésium (Mg ²⁺ ) pilotent la polarisation électrique des unités moléculaires et la redistribution de charge critique pour le clivage du bore (B) du MgB d'origine₂ matériau et permettant la liaison séquentielle de l'hydrogène aux atomes B pour former le Mg(BH₄ saturé en hydrogène )₂ phase. Plus précisément, Mg ²⁺ à proximité les ions polarisent les unités BHX, permettant à l'atome de bore central chargé positivement d'attirer et de se lier aux anions hydrogène, qui sont chargés négativement par des interactions avec Mg ²⁺ . La recherche apparaît dans la revue ACS Applied Materials &Interfaces .

L'analyse a également révélé une explication possible du ralentissement de l'absorption d'hydrogène dans MgB₂ sous forme de Mg(BH₄ )₂ est formé, ce qui empêche une hydrogénation complète sans température et pression élevées dans les expériences. Bore contenu dans les feuillets hexagonaux de MgB₂ est moins stable, et donc plus susceptible de se lier à l'hydrogène lorsque l'environnement local est pauvre en Mg. Cependant, au fur et à mesure que le matériau se transforme en Mg(BH₄ )₂ , les surfaces des MgB₂ restants le matériau devient plus riche en Mg, ce qui ralentit l'hydrogénation.

"Nos simulations capturent les voies de réaction dans MgB₂ qui conduisent à l'absorption d'hydrogène", a déclaré Keith Ray, physicien et auteur du LLNL. "Nous espérons que cette compréhension permettra de poursuivre les recherches pour débloquer une hydrogénation rapide à des températures et des pressions plus basses."

Parmi les autres auteurs du LLNL figurent ShinYoung Kang, Liwen Wan, Sichi Li, Tae Wook Heo, Jonathan Lee, Alexander Baker et Brandon Wood. + Explorer plus loin

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