أخبارالطاقةابتكارات ومبادرات

تحديد القيود الرئيسية لمواد تخزين الهيدروجين.. تمهيد الطريق لتصميم واستخدام تجاري على نطاق واسع

توفر النتائج التي توصلنا إليها أساسًا نظريًا لحركية نزع الهيدروجين لـ MgH 2

سيلعب الهيدروجين دورًا مهمًا في قيادة مستقبلنا. إنه متوفر بكثرة ولا ينتج عنه أي انبعاثات ضارة عند حرقه. لكن تخزين ونقل الهيدروجين مكلف ومحفوف بالمخاطر.

حددت مجموعة من الباحثين حجر العثرة الرئيسي لمادة هيدروجين صلبة مشتركة، مما يمهد الطريق لإرشادات التصميم المستقبلية والاستخدام التجاري على نطاق واسع.

حاليًا ، يتم تخزين الهيدروجين بثلاث طرق: تخزين الهيدروجين الغازي عالي الضغط ، تخزين الهيدروجين السائل بدرجة حرارة منخفضة ، وتخزين الهيدروجين في الحالة الصلبة، من بين تخزين الهيدروجين في الحالة الصلبة ، تعد المواد ذات الحالة الصلبة هي الأكثر أمانًا وتوفر معظم كثافة تخزين الهيدروجين.

لطالما تم استكشاف هيدرات المعادن لإمكانية تخزين الهيدروجين الكبيرة وتكلفتها المنخفضة. عندما تتلامس هذه المعادن مع الهيدروجين الغازي ، يتم امتصاص الهيدروجين على السطح، يؤدي المزيد من مدخلات الطاقة إلى ذرات الهيدروجين تجد طريقها إلى المشابك البلورية المعدنية حتى يصبح المعدن مشبعًا بالهيدروجين، من هناك ، يمكن للمادة أن تمتص وتمتص الهيدروجين بكميات أكبر.

تم نشر تفاصيل النتائج التي توصلوا إليها في مجلة كيمياء المواد، وأظهر هيدريد المغنيسيوم (MgH 2 ) وعدًا كبيرًا بقدرة تخزين الهيدروجين الفائقة، فإن ارتفاع درجة الحرارة ضروري لكي يتحلل MgH 2 وينتج الهيدروجين، وهجرة الهيدروجين والامتصاص المعقدة للمادة، والتي تؤدي إلى حركية بطيئة لنزع الهيدروجين ، قد أعاقت تطبيقها التجاري.

مراحل تفكيك إنتاج الهيدروجين
قدرة تخزين الهيدروجين الفائقة

على مدى عقود ، ناقش العلماء سبب صعوبة إزالة الهيدروجين داخل MgH 2 . لكن الآن ، كشفت مجموعة البحث عن إجابة.

باستخدام الحسابات القائمة على النظرية الوظيفية لكثافة الاستقطاب الدوراني مع تصحيحات فان دير فال، اكتشفوا “تأثير الانفجار” أثناء نزع الهيدروجين من MgH 2 . تم قياس حواجز نزع الهدرجة الأولية عند 2.52 و 2.53 فولت ، بينما كانت حواجز التفاعل اللاحقة 0.12-1.51 فولت.

تحليل الروابط باستخدام طريقة سكان هاملتون

أجرت المجموعة مزيدًا من تحليل الروابط باستخدام طريقة سكان هاملتون المدارية البلورية، حيث أكدوا أن قوة رابطة هيدريد المغنيسيوم انخفضت مع استمرار عملية نزع الهيدروجين.

يشير Hao Li ، الأستاذ المشارك في المعهد المتقدم لأبحاث المواد التابع لجامعة توهوكو والمؤلف المراسل: “إن هجرة الهيدروجين وامتصاص الهيدروجين أسهل كثيرًا بعد تأثير الانفجار الأولي”، “يمكن أن تكون تعديلات الهندسة الإنشائية التي تعزز عملية الامتصاص هذه هي المفتاح لتسهيل امتصاص الهيدروجين لـ MgH 2. ”

التوطين الإلكتروني

أوضح لي وزملاؤه، أن الوظائف الشاغرة في الهيدروجين حافظت على درجة عالية من التوطين الإلكتروني عند وجود الطبقة الأولى من الهيدروجين الذري. كما قدمت تحليلات الخصائص الحركية لـ MgH 2 بعد نزع الهيدروجين السطحي ، التي يتم إجراؤها بواسطة محاكاة الديناميكيات الجزيئية من البداية، دليلًا إضافيًا.

يضيف لي: “توفر النتائج التي توصلنا إليها أساسًا نظريًا لحركية نزع الهيدروجين لـ MgH 2 ، مما يوفر إرشادات مهمة لتعديل مواد تخزين الهيدروجين القائمة على MgH 2 “.

تابعنا على تطبيق نبض

Comments

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى
%d مدونون معجبون بهذه: