Водород, самый простой и распространенный химический элемент на Земле, он является перспективным энергоносителем для новых экологически чистых энергетических технологий. Водород, как энергоноситель обеспечивает питанием топливные элементы электромашин, а также может использоваться для хранения энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками.
Основной проблемой водородной энергетики является, как соединить две несовместимые вещи, хранить водород с наиболее высокой плотностью и, в то же время, обеспечивать эффективную кинетику его выделения.
Ученые Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, объяснили кинетику выделения водорода, или процесс дегидрирования, из гидрида алюминия (AlH3), весьма перспективного материала для хранения энергии. А их компьютерное моделирование описало основные механизмы, регулирующие в целом эти химические реакции.
Гидрид алюминия перспективен тем, что он обладает низкой связующей энергией для водорода, так что скорость высвобождения достаточно велика, но в то же время, его кинетические барьеры достаточно высоки и предотвращают слишком большую скорость выделения водорода.
Ларс Исмер (Lars Ismer) и Андерсон Джанотти (Anderson Janotti) использовали компьютерное моделирование для исследования микроскопических механизмов, которые приводят к выделению водорода из гидрида алюминия. Они выполнили первопринципные расчеты для изучения, каким образом отдельные атомы водорода диффундируют с гидридом алюминия, процессом, как они выяснили, который входит в создание водородных пустот.
Водородные пустоты – это дефекты, которые играют важную роль, т.к. именно они делают диффузию возможной. Если каждый атом будет находиться на своем месте, то ни один из них не сможет двигаться. А если атом водорода отсутствует, то соседний атом может занять эту пустоту, что и позволяет перемещаться водороду в материале.
Затем они извлекли основные параметры этих сложнейших расчетов, и использовали их в моделировании кинетического метода Монте-Карло с целью показать, как выделяется водород, оставляя позади кластеры атомов алюминия.
Такой многомасштабный подход позволил получить очень точную информацию, полученную в первопринципных расчетах и использовать ее для моделирования системы, в которой они смогли отследить процессы нуклеации и фазы роста алюминия, а также скорость выделения водорода.
Но главное то, что моделирование позволило исследователям определить лимитирующий скорость механизм, которым оказалась диффузии. Этот результат, как и представлялся первоначально, противоречит выводам традиционной интерпретации, который исключал диффузию как лимитирующий фактор.
Источник: pc-news.info
