قاعدة بيانات هيدروجين رقمية تكشف علاقات بين سعة التخزين وضغط الإطلاق

طور فريق بحثي بقيادة جامعة توهوكو اليابانية، بالتعاون مع جامعة طوكيو، منصة "الهيدروجين الرقمية" (DigHyd)، وهي قاعدة بيانات منظمة تضم أكثر من 30 ألف إدخال بيانات مستمدة من أكثر من 4 آلاف منشور تجريبي، بهدف فهم المقايضة بين سعة تخزين الهيدروجين وظروف التشغيل العملية.

منصة موحدة للبيانات التجريبية

جمعت المنصة بيانات حول مواد تخزين الهيدروجين، لا سيما الهيدريدات المعدنية، حيث تم تنظيم 4,643 قياسًا لسعة التخزين، و652 زوجًا من قياسات الإنتروبيا والإنثالبي. خضعت البيانات المستخرجة آليًا لتحقق بشري دقيق، وتوحيد للوحدات، وتحليل للمنحنيات التجريبية، مع الحفاظ على روابط للمنشورات الأصلية لضمان التتبع والتحقق.

الانحدار الرمزي يكشف العلاقات الفيزيائية

استخدم الباحثون أسلوب "GoodRegressor"، وهو طريقة انحدار رمزي مدعومة بالذكاء الاصطناعي، تحدد العلاقات في البيانات وتعبر عنها بمعادلات رياضية قابلة للتفسير. حقق النموذج أداءً تنبؤيًا يضاهي النماذج الصندوق الأسود الرائدة، مع إنتاج معادلات تمكن العلماء من استكشاف الآليات الفيزيائية الكامنة وراء سلوك تخزين الهيدروجين.

خريطة فيزيائية تربط الخصائص بالأداء

كشفت الخريطة الناتجة عن تسلسل هرمي مترابط لخصائص المواد المؤثرة في سعة التخزين وضغط التوازن. أظهرت النتائج أن الذرات المضيفة الأخف تميل إلى تفضيل سعة تخزين أعلى بالوزن، بينما في الهيدريدات الفجوية، تلعب الحجم الذري وترتيب البلورة دورًا محوريًا. كما برزت خصائص مثل التمدد الحراري والتوصيل الحراري كمؤشرات على كيفية استيعاب المادة للهيدروجين.

الخصائص الميكانيكية تؤثر في استقرار الهيدريد

أوضحت الدراسة أن دخول الهيدروجين إلى الشبكة المعدنية يتطلب تشوهًا وتمددًا في البنية، وأن المواد الأكثر صلابة تقاوم هذا التشوه، مما يرفع الطاقة المرنة اللازمة لاستيعاب الهيدروجين، وقد يجعل الهيدريد أقل استقرارًا ويرفع ضغط توازنه. كما تم تحديد روابط بين السالبية الكهربائية، والتوصيل الحراري، ومقاومة الضغط بين المعادن المدروسة، مما يفسر لماذا قد يؤدي تحسين سعة التخزين إلى تغيير ظروف إطلاق الهيدروجين.

نحو تصميم مواد تخزين أكثر كفاءة

تشير النتائج إلى ضرورة النظر في سعة التخزين وضغط التوازن معًا عند تصميم مواد جديدة، بدلاً من معالجة كل خاصية بمعزل. توفر الخريطة الفيزيائية إطارًا لفهم تفاعل عدة خصائص لتشكيل أداء التخزين، وتثبت كيف يمكن للانحدار الرمزي كشف علاقات فيزيائية لم تكن معروفة في البيانات التجريبية.

خطط للتوسع والتحقق التجريبي

يخطط الفريق لتوسيع قاعدة البيانات وتحسينها، وتحديد تراكيب مواد واعدة، وتصنيع مرشحين للاختبار التجريبي. ستساعد مقارنة السلوك المقاس بتوقعات النموذج في تحسين المنهجية وتوجيه اكتشاف مواد تخزين أكثر فعالية. منصة DigHyd متاحة للجمهور عبر موقعها الإلكتروني، ونُشرت الدراسة في دورية "Applied Physics A" في 4 سبتمبر 2026.