Команда ученых-материаловедов и специалистов по информатике из Sandia National Laboratories потратила более года на создание 12 новых сплавов и моделирование еще сотен комбинаций, которые демонстрируют, как машинное обучение может помочь ускорить будущее водородной энергетики, упрощая инфраструктуру для потребителей.
«Существует богатая история исследований по хранению водорода и база данных термодинамических величин, описывающих взаимодействие водорода с различными материалами», - сказал один из разработчиков Мэтью Уитман. «Имея эту существующую базу данных, набор инструментов машинного обучения и других вычислительных инструментов, а также современные экспериментальные возможности, мы собрали международную группу сотрудничества, чтобы объединить усилия. Мы продемонстрировали, что методы машинного обучения действительно могут моделировать физику и химию сложных явлений, которые происходят при взаимодействии водорода с металлами».
Возможность моделирования на основе данных для прогнозирования термодинамических свойств может быстро увеличить скорость исследования. Фактически, после создания и обучения такие модели машинного обучения запускаются всего за несколько секунд и, следовательно, могут быстро проверять новые химические соединения: в данном случае 600 материалов, перспективных для хранения и передачи водорода.
Команда также нашла кое-что еще в своей работе - результаты, которые могут иметь драматические последствия для маломасштабного производства водорода на заправочных станциях водородных топливных элементов.
«Эти гидриды высокоэнтропийных сплавов могут обеспечить естественное каскадное сжатие водорода, когда он движется через различные материалы», - рассказывают исследователи, напоминая, что сжатие водорода традиционно осуществляется с помощью механического процесса.
Они описывают строительство резервуара для хранения с несколькими слоями этих разных сплавов. Когда водород закачивается в резервуар, первый слой сжимает газ по мере его прохождения через материал. Второй слой сжимает его еще больше и так далее через все слои различных сплавов, естественным образом делая водород пригодным для использования в двигателях, вырабатывающих электричество.
Водород, производимый в атмосферных условиях на уровне моря, имеет давление около 1 бара - метрическая единица измерения давления. Чтобы водород приводил в действие транспортное средство или какой-либо другой двигатель от топливного элемента, он должен быть сжат до гораздо более высокого давления. Например, водород на станции зарядки топливных элементов должен иметь давление 800 бар или выше, чтобы его можно было подавать как водород под давлением 700 бар в автомобили, работающие на топливных элементах.
«По мере того, как водород перемещается через эти слои, он становится все более и более сжатым без каких-либо механических усилий», - пояснил Ставила. «Теоретически можно было закачать 1 бар водорода и получить 800 бар - давление, необходимое для водородных зарядных станций».
