Los científicos de Lawrence Livermore han colaborado con un equipo interdisciplinario de investigadores, incluidos colegas de los Laboratorios Nacionales Sandia, para desarrollar un sistema eficiente de almacenamiento de hidrógeno que podría ser una bendición para los vehículos impulsados por hidrógeno.
El hidrógeno es un excelente portador de energía, pero el desarrollo de materiales livianos en estado sólido para el almacenamiento compacto a baja presión es un gran desafío.
Los hidruros metálicos complejos son una clase prometedora de materiales de almacenamiento de hidrógeno, pero su viabilidad generalmente está limitada por la lenta absorción y liberación de hidrógeno. La nanoconfinación - infiltrando el hidruro metálico dentro de una matriz de otro material como el carbono - puede, en ciertos casos, ayude a acelerar este proceso acortando las vías de difusión del hidrógeno o cambiando la estabilidad termodinámica del material.
Sin embargo, el equipo de Livermore-Sandia, junto con colaboradores de la Universidad de Mahidol en Tailandia y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, demostró que la nanoconfinación puede tener otra consecuencia potencialmente más importante. Descubrieron que la presencia de "nano- interna"las interfaces "dentro de los hidruros nanoconfinados pueden alterar qué fases aparecen cuando se recicla el material.
Los investigadores examinaron el sistema de almacenamiento de hidrógeno de nitruro de litio Li3N de alta capacidad bajo nanoconfinación. Utilizando una combinación de técnicas teóricas y experimentales, mostraron que las vías para la absorción y liberación de hidrógeno cambiaron fundamentalmente por la presencia de nano-interfaces, lo que lleva a un rendimiento y una reversibilidad dramáticamente más rápidos. La investigación aparece en la portada de la edición del 23 de febrero de la revista Advanced Materials Interfaces.
"La clave es deshacerse de las fases intermedias indeseables, que ralentizan el rendimiento del material a medida que se forman o consumen. Si puede hacerlo, la cinética de la capacidad de almacenamiento mejorará drásticamente y los requisitos termodinámicos para lograr la recarga completa se volveránmucho más razonable ", dijo Brandon Wood, científico de materiales de LLNL y autor principal del artículo." En este material, las nanointerfaces hacen exactamente eso, siempre que las partículas nanoconfinas sean lo suficientemente pequeñas. Es realmente un nuevo paradigma para el hidrógenoalmacenamiento, ya que significa que las reacciones pueden modificarse mediante ingeniería de microestructuras internas ".
Los investigadores de Livermore utilizaron un método de modelado termodinámico que va más allá de las descripciones convencionales para considerar las contribuciones de los límites de fase sólida en evolución a medida que el material se hidrogena y deshidrogena. Mostraron que la contabilidad de estas contribuciones elimina los intermedios en el nitruro de litio nanoconfinado, lo que se confirmóespectroscópicamente.
Más allá de demostrar el nitruro de litio nanoconfinado como un material de almacenamiento de hidrógeno recargable y de alto rendimiento, el trabajo establece que es necesario tener en cuenta las nanointerfaces sólidas-sólidas y la microestructura de partículas para comprender las transiciones de fase inducidas por hidrógeno en hidruros metálicos complejos.
"Existe una analogía directa entre las reacciones de almacenamiento de hidrógeno y las reacciones de estado sólido en los materiales de los electrodos de la batería", dijo Tae Wook Heo, otro coautor de LLNL en el estudio. "La gente ha estado pensando en el papel de las interfaces en las baterías paraalgún tiempo, y nuestro trabajo sugiere que algunas de las mismas estrategias que se siguen en la comunidad de baterías también podrían aplicarse al almacenamiento de hidrógeno. Adaptar la morfología y la microestructura interna podría ser la mejor manera de avanzar para los materiales de ingeniería que podrían cumplir con los objetivos de rendimiento ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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