Hidrojen yakıtları temiz bir enerji seçeneğini temsil ediyor, ancak kullanımını daha yaygın hale getirmenin önündeki en büyük engel verimli depolamadır. Hidrojen depolaması ya aşırı yüksek basınçlı tanklar ya da aşırı soğuk sıcaklıklar gerektirir; bu da tek başına depolamanın çok fazla enerji tükettiği anlamına gelir. Hidrojeni daha verimli bir şekilde depolayabilen metal hidritlerin bu kadar umut verici bir seçenek olmasının nedeni budur.
Yeni dijital platform hidrojen araştırmalarını ilerletiyor
Tohoku Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, hidrojen depolama malzemelerinin performans ölçümlerini doğru bir şekilde tahmin etmeye yardımcı olmak için yeni kurulan bir veri altyapısını kullandı: Dijital Hidrojen Platformu (DigHyd). DigHyd, bir yapay zeka dil modeli tarafından desteklenen, literatürden titizlikle derlenmiş 5.000’den fazla deneysel kaydı entegre eder. Çalışma dergide yayınlandı Kimya Bilimi.
Bu kapsamlı veritabanından yararlanan araştırmacılar, fiziksel olarak yorumlanabilir modelleri sistematik olarak araştırdılar ve temel atomik özelliklerin (atom kütlesi, elektronegatiflik, molar yoğunluk ve iyonik dolum faktörü) anahtar tanımlayıcılar olarak ortaya çıktığını buldular. Diğer araştırmacılar, potansiyel adayları aramak için laboratuvarda uzun bir deneme yanılma sürecinden geçmek zorunda kalmadan bunu materyal tasarım süreçlerine rehberlik edecek bir araç olarak kullanabilirler.
Tohoku Üniversitesi İleri Malzeme Araştırmaları Enstitüsü’nün (WPI-AIMR) Seçkin Profesörü Hao Li, “Bu beyaz kutu regresyon modeli yalnızca doğru tahminler yapmakla kalmıyor, aynı zamanda tam fiziksel yorumlanabilirliği de sağlıyor” diye açıklıyor. “Bu, modelin nihai cevabını nasıl hesapladığının belirsiz olduğu geleneksel ‘kara kutu’ makine öğrenimi yaklaşımlarından farklı olarak şeffaf olduğu anlamına geliyor.”
Bu şeffaflık, modelin hedef metrikler için matematiksel olarak basit ancak açıkça yorumlanabilir ifadeler göstermesi nedeniyle bilim adamlarının tasarım stratejilerini belirlemelerine olanak tanır. Temel atomik ölçekteki özellikleri ölçülebilir depolama davranışıyla ilişkilendiren modeller, malzeme bileşiminin hidrojen emilimini ve salınımını nasıl yönettiğine dair net ve kimyasal açıdan sezgisel bir resim sağlıyor.
Temel bulgular ve gelecek yönelimler
Çalışma aynı zamanda metal hidritlerin mevcut durumunu tanımlayan temel bir değiş-tokuşu da ortaya çıkardı. Hafif, elektropozitif elementlerden yapılan bileşikler, yüksek hidrojen kapasiteleri sergiler ancak oda sıcaklığında düşük denge basıncı sağlarken, daha ağır geçiş metallerine dayananlar, kapasite pahasına hidrojeni daha kolay serbest bırakır. Dikkat çekici bir şekilde berilyum bazlı alaşımlar, hem yüksek depolama yoğunluğunu hem de uygun termodinamik stabiliteyi birleştirerek bu çelişkili özellikleri dengeleyebilen benzersiz sistemler olarak ortaya çıktı.
Gelecek vaat eden adayları belirlemenin ötesinde, bu çalışma enerji malzemeleri araştırmalarında keşifleri hızlandırmak için bir metodoloji oluşturuyor. Tanımlayıcı tabanlı çerçeve, veriye dayalı analizleri fiziksel anlayışla birleştirmek için yeni bir paradigma sunarak hidrojen depolama malzemelerinin tasarımı için ölçeklenebilir ve şeffaf bir temel sağlıyor.
Bu yaklaşım daha karmaşık alaşımlara ve gözenekli yapılara genişletilebilir ve temiz, karbon nötr enerji teknolojilerine geçişi destekleyecek güvenli, verimli ve yüksek kapasiteli hidrojen depolama sistemlerinin geliştirilmesine yönelik bir yol sunabilir.
