Znanstvenici su, čini se, otkrili kako vanadij kontrolira vodik

Znanstvenici s Instituta za industrijske znanosti (IIS) Sveučilišta u Tokiju (Japan) otkrili su ulogu kristalne simetrije u kvantnom ponašanju vodika.

Energija generirana iz vjetra i sunca izvrsna je za održavanje mreže i za svakodnevnu upotrebu u kućanstvu, ali za teške industrijske primjene potreban je alternativni izvor energije. Jedan od mogućih kandiata je vodik, budući je moguće spaljivati ga ​poput fosilnih goriva kako bi se generirale velike količine energije, ali bez ikakvih emisija ugljika. Međutim, riječ je o lako zapaljivom gorivu, rizičnom za skladištenje i transport, što ga čini problematičnim za svakodnevnu upotrebu.

Tijekom godina znanstvenici su utvrdili kako je vanadij obećavajući kandidat za sigurno skladištenje vodika. Kada se koristi u leguri čvrstog stanja, vanadij lako apsorbira vodik. Procjene sugeriraju kako metal može zadržati do 3,8 posto svoje težine u vodiku.

To se događa jer se molekula vodika (H2) cijepa unutar legure čvrstog stanja i klizi u prazne prostore unutar kristalne rešetke legure. Sposobnost zadržavanja vanadija je toliko jaka da znanstvenici preporučuju miješanje drugih metala poput željeza, titana i kroma s tim legurama, kako bi se vodik mogao povratiti kada je to potrebno.

Iako se o vanadiju zna puno, znanstvenici nisu uspjeli objasniti varijabilno ponašanje koje vodik pokazuje u prisutnosti vanadija. Kombinirajući mjerenja strukture i difuzije vodika s kvantno mehaničkim izračunima unutar kristalne strukture vanadija, istraživači su otkrili kako kristalna rešetkasta struktura vanadija kontrolira ponašanje vodika iznutra.

Utvrdili su kako atomi vodika skaču između međuprostora unutar kristalne rešetke. Ponekad to čine ponašajući se poput klasične čestice koja mora prevladati energetske barijere između susjednih mjesta. Ponekad atomi koriste “kvantni prečac” i tuneliraju kroz mjesta, krećući se slično kao val.

Kada je koncentracija vodika niska, kristal vanadija održava svoju simetričnu strukturu, omogućujući atomima vodika tuneliranje. Kako se koncentracija vodika povećava, kristal se iskrivljava, prisiljavajući vodik na ponašanje bliže klasičnoj čestici.

Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Nature Communications.