¿Cómo almacenar el hidrógeno?
Aleaciones especiales investigadas en PETRA III
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Nombre cualquiera de las posibles fuentes de energía sostenible del futuro, y seguro que las pilas de combustible de hidrógeno están entre ellas. La reacción del hidrógeno con el oxígeno para formar agua libera grandes cantidades de energía calorífica, que puede aprovecharse para muchos fines, como propulsar vehículos y generar electricidad. Pero un reto para la producción masiva de pilas de combustible de hidrógeno es la contención y distribución del propio hidrógeno, ya que el gas debe ser absorbido dentro de la pila, pues tiene una fuerte tendencia a corroer diversos materiales.
La aleación Cantor mostró un comportamiento variable en presencia de hidrógeno en relación con la presión del medio. En general, la aleación resistía el hidrógeno corrosivo a presión estándar, pero formaba hidruros a partir del hidrógeno gaseoso a altas presiones.
Illustration: Konstantin Glazyrin, DESY
Un equipo internacional de científicos, dirigido por investigadores de la Universidad del Ruhr de Bochum (RUB) y del DESY, ha utilizado varias instalaciones experimentales líderes en el mundo, entre ellas PETRA III, y los cálculos teóricos más avanzados para examinar una clase de materiales llamados aleaciones de alta entropía -mezclas de múltiples metales que dan lugar a sólidos resistentes a la corrosión- y cómo se comportan en una atmósfera de hidrógeno fuerte bajo presión. Mediante estudios con rayos X y neutrones, el equipo pudo examinar el complejo comportamiento de esta clase de materiales relativamente nuevos con el gas hidrógeno atmosférico. Sus hallazgos se publican en Nature Communications.
El equipo, dirigido por Kirill Yusenko, de la RUB, investigó un compuesto denominado aleación Cantor de alta entropía. A diferencia de la mayoría de las aleaciones metálicas, que contienen hasta cuatro metales elementales con trazas de otros varios, las aleaciones de alta entropía contienen cantidades casi iguales de cinco o más elementos metálicos diferentes. Sintetizada por primera vez en 2004 por un grupo de investigación del Reino Unido dirigido por el científico de materiales Brian Cantor, la aleación Cantor se caracteriza por proporciones molares equivalentes de los elementos metálicos cobalto, cromo, hierro, níquel y manganeso. El sólido resultante puede ser un competidor directo de muchas aleaciones convencionales utilizadas en la industria y los productos de consumo modernos debido, entre otros aspectos, a su excelente resistencia a la corrosión y sus propiedades mecánicas.
Mediante la dispersión de rayos X en PETRA III (Alemania) y ESRF (Francia), así como estudios de dispersión de neutrones en J-PARC (Japón), el equipo de investigación descubrió que cuando la aleación Cantor se expone a gas hidrógeno y se somete a presión y calor extremos, emerge con hidruros -átomos de hidrógeno disociados- unidos a la estructura de la aleación. Sin embargo, el mismo estudio demuestra que a las presiones y temperaturas típicas de los productos industriales y de consumo, la aleación Cantor no absorbe el hidrógeno, contrarrestando fuertemente la corrosión.
"Este trabajo añade piezas importantes al rompecabezas de la resistencia de la aleación Cantor a la absorción de hidrógeno, que es uno de los principales factores de la corrosión por hidrógeno", afirma Konstantin Glazyrin, científico de la línea de luz de condiciones extremas P02.2 de PETRA III y primer autor de la publicación. "Esperamos que nuestro novedoso enfoque metodológico, así como nuestros resultados, impulsen la investigación de materiales e inspiren aplicaciones reales en el campo de la economía del hidrógeno".
Sin embargo, la presencia de los hidruros aporta potencialmente una interesante arruga a la historia. "Las aleaciones de alta entropía y sus hidruros siguen siendo un enigma", afirma Kirill Yusenko. "Por un lado, algunas de ellas pueden permitir una absorción suficiente para ser utilizables como medio para pilas de combustible. En el caso de la aleación Cantor, observamos que la resistencia a la corrosión y la elevada absorción de hidrógeno son incompatibles con los requisitos de las pilas de combustible, de las que se espera que almacenen cantidades significativas de hidrógeno. Por otro lado, la aleación Cantor tiene propiedades que proporcionan la resistencia necesaria para el almacenamiento de hidrógeno en un contexto más amplio, en particular para su contención y suministro en diversos entornos complejos y exigentes, como las etapas de cohetes reutilizables y los motores de automóviles".
Como siguiente paso, el equipo seguirá explorando otros sistemas de alta entropía compuestos por distintos materiales para investigar las diferencias en su comportamiento bajo presión y en presencia de hidrógeno. "Los sistemas de alta entropía están recibiendo cada vez más atención", afirma Fritz Körmann, de la RUB, otro de los coautores del artículo. "Son importantes para la ciencia fundamental, pero también por sus diversas aplicaciones, que pueden ayudar a dar forma a un futuro tecnológicamente avanzado pero sostenible".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Konstantin Glazyrin, Kristina Spektor, Maxim Bykov, Paulo H. B. Carvalho, Weiwei Dong, Fritz Körmann, Asami Sano-Furukawa, Takanori Hattori, Doreen C. Beyer, Martin Sahlberg, Yuji Ikeda, Ji Hun Yu, Yang Sangsun, Jai-Sung Lee, Shrikant Bhat, Michael Hanfland, Blazej Grabowski, Sergiy Divinski, Kirill V. Yusenko; "Synthesis of high-entropy hydride from the cantor alloy (fcc–CoCrFeNiMn) at extreme conditions"; Nature Communications, Volume 17, 2026-3-17
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