L’hydrogène, reconnu pour sa polyvalence et son potentiel énergétique propre, peut être produit à partir de diverses sources renouvelables. Matériaux de stockage d'hydrogène à l'état solide, en particulier MgH₂ , sont considérés comme des candidats de choix pour un stockage efficace de l'hydrogène en raison de leur capacité de stockage élevée et de l'abondance de leurs ressources.

Cependant, malgré des recherches approfondies au cours des cinq dernières décennies, les propriétés matérielles du MgH₂ n'ont pas encore atteint les objectifs de performance fixés par le Département américain de l'énergie (US-DOE).

Le principal défi réside dans la compréhension des principes fondamentaux des réactions de stockage de l’hydrogène à l’état solide. Les méthodes actuelles pour évaluer l’efficacité des matériaux de stockage de l’hydrogène reposent sur l’enthalpie de déshydrogénation et les barrières énergétiques, ces dernières étant particulièrement complexes et gourmandes en calculs à calculer. Les techniques traditionnelles de recherche d'états de transition, bien qu'affinées au fil du temps, restent coûteuses et chronophages, limitant le rythme de découverte et d'optimisation.

Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche a introduit un modèle qui prédit les barrières de déshydrogénation à l’aide de paramètres facilement calculables :l’orbitale de la population cristalline de Hamilton de la liaison Mg – H et la distance entre les atomes d’hydrogène atomiques. En dérivant un rapport distance-énergie, le modèle capture la chimie essentielle de la cinétique de réaction avec des exigences de calcul nettement inférieures à celles des méthodes conventionnelles.

Les résultats sont publiés dans la revue Angewandte Chemie International Edition .

"Notre modèle offre un moyen plus rapide et plus efficace de prédire les performances de déshydrogénation des matériaux de stockage d'hydrogène", a déclaré Hao Li, professeur agrégé à l'Institut avancé de recherche sur les matériaux de l'Université de Tohoku (WPI-AIMR) et auteur correspondant de l'article. "Cela nous permet de combler le manque de connaissances laissé par les techniques expérimentales et d'accélérer le développement de solutions de stockage d'hydrogène hautes performances."

Le pouvoir prédictif du modèle a été validé par rapport à des mesures expérimentales typiques, montrant un excellent accord et fournissant des directives de conception claires pour améliorer les performances de MgH₂ . Cette avancée non seulement rapproche l'hydrure de magnésium des objectifs du US-DOE, mais ouvre également la voie à des applications plus larges dans d'autres hydrures métalliques.

L'équipe de recherche prévoit d'étendre l'application du modèle au-delà des matériaux à base de magnésium. La flexibilité des variables du modèle permet un recalibrage rapide sur différents hydrures métalliques, facilitant potentiellement la découverte de nouveaux matériaux composites et de solutions innovantes de stockage d'hydrogène à l'état solide.

"En adaptant notre modèle à divers hydrures métalliques, nous pouvons accélérer l'exploration et l'optimisation des matériaux de stockage de l'hydrogène, ouvrant ainsi la voie à des systèmes énergétiques plus propres et plus efficaces", a ajouté Li.