Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb
| Ano de defesa: | 2024 |
|---|---|
| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
|
| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
|
| Palavras-chave em Português: | |
| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21326 |
Resumo: | Climate change requires a transition in the ways energy is produced and consumed. Metal hydrides (MH) can play important roles in this transition, acting as low-carbon hydrogen storage in the solid state or as energy storage in Ni-MH batteries powered by renewable sources. In this case, MHs are formed by the reaction between metal and hydrogen generated by water electrolysis in an alkaline electrolyte. The electrochemical hydrogenation of metals is a complex issue, involving phenomena described by different areas of knowledge such as electrochemistry, thermodynamics, and physical metallurgy. In this thesis, the electrochemical hydrogenation of two metals is investigated through this multidisciplinary approach. Initially, the electrochemical hydrogenation of Pd was studied, considered a model system due to its noble nature and its ability to absorb hydrogen, forming the hydride PdH0.6, which has the same crystal structure as Pd (FCC). Through the study of this model system, the concepts of reaction kinetics involved in the hydrogen evolution reaction (HER) were related to the thermodynamics and kinetics of hydrogen absorption by Pd and the formation of PdH0.6. Next, the electrochemical hydrogenation of metals was investigated in a more complex system, using the metal Nb. Nb is a body-centered cubic metal capable of absorbing hydrogen by forming two hydrides (β-NbHx orthorhombic and δ-NbH2 FCC). In addition to the formation of hydrides with different crystal structures, Nb also tends to form oxides on its surface. For Nb, the HER, thermodynamics, phase transformation mechanisms, and the impact of oxides on electrochemical hydrogenation and dehydrogenation were studied. The thickness of the Nb oxide layer increases under anodic potentials but has a limited impact on hydrogen desorption. The irreversible absorption is primarily linked to the displacive formation of the δ phase. |
| id |
SCAR_2a10411193e2cb3862427cf3584dfcc6 |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21326 |
| network_acronym_str |
SCAR |
| network_name_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
| repository_id_str |
|
| spelling |
Bedoch, Audrey MarieZepon, Guilhermehttp://lattes.cnpq.br/7924187202036614Koga, Guilherme Yuukihttp://lattes.cnpq.br/0933095081175012http://lattes.cnpq.br/7511748933522731https://orcid.org/0000-0002-6539-0033https://orcid.org/0000-0002-5852-9076https://orcid.org/0000-0003-0792-11392025-01-31T17:58:32Z2025-01-31T17:58:32Z2024-11-22BEDOCH, Audrey Marie. Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb. 2024. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21326.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21326Climate change requires a transition in the ways energy is produced and consumed. Metal hydrides (MH) can play important roles in this transition, acting as low-carbon hydrogen storage in the solid state or as energy storage in Ni-MH batteries powered by renewable sources. In this case, MHs are formed by the reaction between metal and hydrogen generated by water electrolysis in an alkaline electrolyte. The electrochemical hydrogenation of metals is a complex issue, involving phenomena described by different areas of knowledge such as electrochemistry, thermodynamics, and physical metallurgy. In this thesis, the electrochemical hydrogenation of two metals is investigated through this multidisciplinary approach. Initially, the electrochemical hydrogenation of Pd was studied, considered a model system due to its noble nature and its ability to absorb hydrogen, forming the hydride PdH0.6, which has the same crystal structure as Pd (FCC). Through the study of this model system, the concepts of reaction kinetics involved in the hydrogen evolution reaction (HER) were related to the thermodynamics and kinetics of hydrogen absorption by Pd and the formation of PdH0.6. Next, the electrochemical hydrogenation of metals was investigated in a more complex system, using the metal Nb. Nb is a body-centered cubic metal capable of absorbing hydrogen by forming two hydrides (β-NbHx orthorhombic and δ-NbH2 FCC). In addition to the formation of hydrides with different crystal structures, Nb also tends to form oxides on its surface. For Nb, the HER, thermodynamics, phase transformation mechanisms, and the impact of oxides on electrochemical hydrogenation and dehydrogenation were studied. The thickness of the Nb oxide layer increases under anodic potentials but has a limited impact on hydrogen desorption. The irreversible absorption is primarily linked to the displacive formation of the δ phase.As mudanças climáticas demandam uma transição nas formas de produção e consumo de energia. Hidretos metálicos (MH) podem desempenhar papéis importantes nessa transição, atuando como armazenadores de hidrogênio de baixa emissão de carbono no estado sólido, ou como armazenadores de energia elétrica provenientes de fontes renováveis em baterias Ni-MH. Neste caso, os MH formam-se pela reação entre o metal e o hidrogênio gerado pela eletrólise da água em eletrólito alcalino. A hidrogenação eletroquímica de metais é um problema complexo, envolvendo fenômenos descritos por diferentes áreas do conhecimento tais como eletroquímica, termodinâmica e metalurgia física. Nesta tese, a hidrogenação eletroquímica de dois metais é investigada através deste olhar multidisciplinar. Inicialmente, foi investigado a hidrogenação eletroquímica do Pd que é considerado um sistema modelo devido seu caráter nobre e sua capacidade de absorver hidrogênio formando o hidreto PdH0,6 que possui a mesma estrutura cristalina do Pd (CFC). Através do estudo deste sistema modelo, relacionou-se os conceitos de cinética de reações envolvidas na reação de evolução de hidrogênio (HER) com a termodinâmica e cinética de absorção de H pelo Pd e da formação do PdH0,6. Em seguida, a hidrogenação eletroquímica dos metais foi investigada em um sistema mais complexo, utilizando o metal Nb. O Nb é um metal cúbico de corpo centrado que é capaz de absorver hidrogênio pela formação de dois hidretos (β-NbHx ortorrômbico e δ-NbH2 CFC). Além da formação de hidretos com diferentes estruturas cristalinas, o Nb também tende a formar óxidos em sua superfície. Para o Nb, estudaram-se a HER, a termodinâmica, os mecanismos de transformação de fase e o impacto dos óxidos na hidrogenação e desidrogenação eletroquímica. A espessura da camada de óxido de Nb aumenta sob potenciais anódicos, mas tem impacto limitado na dessorção de hidrogênio. A absorção irreversível está ligada principalmente à formação displaciva da fase δ.OutraConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Processo n° 140179/2021-6, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Processo (Serra-1709-17362), FUNARBE - Instituto SerrapilheiraporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessArmazenagem eletroquímica de hidrogênioPaládioNióbioCCCHidretos de NbBaterias Ni-MHENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAHidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e NbEletrochemical hydrogenation in metals: electrochemical and metallurgical characterization of Pd and Nb hydride formationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTAudrey Marie Bedoch - Tese.pdf.txtAudrey Marie Bedoch - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain105070https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5e14cf53-b981-4c29-9de5-bc9fadcbda0b/downloadb35f858a309c49c1b53c4c9b542ed31fMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILAudrey Marie Bedoch - Tese.pdf.jpgAudrey Marie Bedoch - Tese.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3879https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5f01a9c6-65c7-4682-9695-d83da85fe3ec/download9ea54e99c977e5180b19a187d295033aMD54falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ab9854d4-e822-40fd-a247-380754b27fcc/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREADORIGINALAudrey Marie Bedoch - Tese.pdfAudrey Marie Bedoch - Tese.pdfapplication/pdf13697693https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2a6331f9-07d9-471e-a899-b726fb8ad302/download6285d12ac22ce07eee6c8b8b66e260f1MD51trueAnonymousREAD20.500.14289/213262025-02-06 05:22:55.518http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21326https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T08:22:55Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
| dc.title.por.fl_str_mv |
Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb |
| dc.title.alternative.eng.fl_str_mv |
Eletrochemical hydrogenation in metals: electrochemical and metallurgical characterization of Pd and Nb hydride formation |
| title |
Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb |
| spellingShingle |
Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb Bedoch, Audrey Marie Armazenagem eletroquímica de hidrogênio Paládio Nióbio CCC Hidretos de Nb Baterias Ni-MH ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
| title_short |
Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb |
| title_full |
Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb |
| title_fullStr |
Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb |
| title_full_unstemmed |
Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb |
| title_sort |
Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb |
| author |
Bedoch, Audrey Marie |
| author_facet |
Bedoch, Audrey Marie |
| author_role |
author |
| dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7511748933522731 |
| dc.contributor.authororcid.por.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0002-6539-0033 |
| dc.contributor.advisor1orcid.por.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0002-5852-9076 |
| dc.contributor.advisor-co1orcid.por.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0003-0792-1139 |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Bedoch, Audrey Marie |
| dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Zepon, Guilherme |
| dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7924187202036614 |
| dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv |
Koga, Guilherme Yuuki |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/0933095081175012 |
| contributor_str_mv |
Zepon, Guilherme Koga, Guilherme Yuuki |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
Armazenagem eletroquímica de hidrogênio Paládio Nióbio CCC Hidretos de Nb Baterias Ni-MH |
| topic |
Armazenagem eletroquímica de hidrogênio Paládio Nióbio CCC Hidretos de Nb Baterias Ni-MH ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
| dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
| description |
Climate change requires a transition in the ways energy is produced and consumed. Metal hydrides (MH) can play important roles in this transition, acting as low-carbon hydrogen storage in the solid state or as energy storage in Ni-MH batteries powered by renewable sources. In this case, MHs are formed by the reaction between metal and hydrogen generated by water electrolysis in an alkaline electrolyte. The electrochemical hydrogenation of metals is a complex issue, involving phenomena described by different areas of knowledge such as electrochemistry, thermodynamics, and physical metallurgy. In this thesis, the electrochemical hydrogenation of two metals is investigated through this multidisciplinary approach. Initially, the electrochemical hydrogenation of Pd was studied, considered a model system due to its noble nature and its ability to absorb hydrogen, forming the hydride PdH0.6, which has the same crystal structure as Pd (FCC). Through the study of this model system, the concepts of reaction kinetics involved in the hydrogen evolution reaction (HER) were related to the thermodynamics and kinetics of hydrogen absorption by Pd and the formation of PdH0.6. Next, the electrochemical hydrogenation of metals was investigated in a more complex system, using the metal Nb. Nb is a body-centered cubic metal capable of absorbing hydrogen by forming two hydrides (β-NbHx orthorhombic and δ-NbH2 FCC). In addition to the formation of hydrides with different crystal structures, Nb also tends to form oxides on its surface. For Nb, the HER, thermodynamics, phase transformation mechanisms, and the impact of oxides on electrochemical hydrogenation and dehydrogenation were studied. The thickness of the Nb oxide layer increases under anodic potentials but has a limited impact on hydrogen desorption. The irreversible absorption is primarily linked to the displacive formation of the δ phase. |
| publishDate |
2024 |
| dc.date.issued.fl_str_mv |
2024-11-22 |
| dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2025-01-31T17:58:32Z |
| dc.date.available.fl_str_mv |
2025-01-31T17:58:32Z |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| format |
doctoralThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.citation.fl_str_mv |
BEDOCH, Audrey Marie. Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb. 2024. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21326. |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21326 |
| identifier_str_mv |
BEDOCH, Audrey Marie. Hidrogenação eletroquímica em metais: caracterização eletroquímica e metalúrgica da formação de hidretos de Pd e Nb. 2024. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21326. |
| url |
https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21326 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
| language |
por |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
| rights_invalid_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus São Carlos |
| dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM |
| dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFSCar |
| publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus São Carlos |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFSCAR instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) instacron:UFSCAR |
| instname_str |
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
| instacron_str |
UFSCAR |
| institution |
UFSCAR |
| reponame_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
| collection |
Repositório Institucional da UFSCAR |
| bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5e14cf53-b981-4c29-9de5-bc9fadcbda0b/download https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5f01a9c6-65c7-4682-9695-d83da85fe3ec/download https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ab9854d4-e822-40fd-a247-380754b27fcc/download https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2a6331f9-07d9-471e-a899-b726fb8ad302/download |
| bitstream.checksum.fl_str_mv |
b35f858a309c49c1b53c4c9b542ed31f 9ea54e99c977e5180b19a187d295033a f337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aec 6285d12ac22ce07eee6c8b8b66e260f1 |
| bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
| repository.mail.fl_str_mv |
repositorio.sibi@ufscar.br |
| _version_ |
1851688935420329984 |