Solução magnética
O hidrogênio produzido a partir de fontes renováveis é o combustível limpo por excelência, mas os problemas começam tão logo ele é produzido e precisa ser armazenado: Tanques seguros e confiáveis para guardar hidrogênio permanecem como o grande gargalo para sua adoção, principalmente em veículos.
Como a molécula de hidrogênio é muito pequena, vazando de quase qualquer material, as atenções se voltaram para o armazenamento de hidrogênio em estado sólido, no qual o hidrogênio é quimicamente absorvido por um material.
No entanto, muitas ligas metálicas para armazenamento de hidrogênio enfrentam um dilema fundamental entre capacidade de armazenamento e estabilidade do material – melhore uma e você irá piorar a outra.
De forma um tanto surpreendente, cientistas descobriram agora que é possível evitar esse desequilíbrio entre capacidade e estabilidade manipulando o magnetismo dessas ligas absorvedoras de hidrogênio – o magnetismo não era considerado um fator que influenciasse o desempenho dos materiais de armazenamento de hidrogênio.
“Nossos resultados mostram que as interações magnéticas podem determinar decisivamente se uma liga é estável ou instável. Ao suprimir o magnetismo, podemos expandir significativamente a gama de composições adequadas para o armazenamento de hidrogênio,” contou o professor Hao Li, da Universidade de Tohoku, no Japão.
Ligas para armazenamento de hidrogênio
A equipe voltou sua atenção para as ligas intermetálicas do tipo AB, uma classe de materiais conhecida por sua rápida absorção de hidrogênio e boa reversibilidade. Usando cálculos de primeiros princípios, combinados com simulações de Monte Carlo, os pesquisadores investigaram sistematicamente ligas compostas de cálcio, ítrio e magnésio no sítio A, e cobalto ou níquel no sítio B.
A análise revelou uma ligação direta e robusta entre a intensidade magnética da liga e sua estabilidade. Em ligas à base de cobalto, o forte magnetismo aumenta significativamente a energia de formação, tornando o material termodinamicamente instável. Embora a incorporação de elementos leves, como o magnésio, possa aumentar a capacidade de armazenamento de hidrogênio, ela também intensifica as interações magnéticas das ligas que contêm cobalto, limitando, em última análise, seu desempenho.
O melhor resultado prático veio na forma de uma solução simples e eficaz: Substituir o cobalto por níquel. As ligas à base de níquel apresentam magnetismo muito mais fraco e, em algumas composições, são praticamente não-magnéticas. Essa supressão magnética estabiliza a liga em uma ampla gama de composições, incluindo ligas ricas em magnésio, que oferecem alta capacidade de armazenamento de hidrogênio.
“Ao substituir o cobalto por níquel, descobrimos que as ligas se tornam muito mais estáveis, mesmo quando contêm grandes quantidades de magnésio,” explicou Li. “Isso nos permite projetar materiais que combinam alta capacidade de hidrogênio com boa estabilidade termodinâmica, o que é essencial para aplicações práticas.”
Fonte: Inovação Tecnologia
