Armazenagem de hidrogênio em ligas Mg – Ni preparadas por metalurgia do pó seguida de limagem
| Ano de defesa: | 2026 |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
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Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
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Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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| País: |
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| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23717 |
Resumo: | The advancement of hydrogen storage technologies is essential to enable the use of H2 as a clean and sustainable energy carrier. Magnesium hydride exhibits a high gravimetric capacity (7.6 wt%) and good reversibility; however, it shows slow hydrogen absorption/desorption kinetics and high thermodynamic stability. The addition of nickel to magnesium is an effective strategy to overcome these limitations, mainly due to the formation of the Mg2Ni intermetallic compound, which acts as a “hydrogen pump” for Mg, since its reversible conversion to Mg2NiH4 occurs with faster kinetics than the hydrogenation of pure Mg, promoting H2 dissociation and the transport of atomic hydrogen into the Mg matrix. In this work, a mixture of Mg with 22 wt.% Ni was processed by powder metallurgy, and sintering at 500°C for 30 minutes resulted in the formation of a composite containing Mg–39.5wt.% Mg2Ni, which was subsequently pulverized by rotary filing prior to hydrogenation tests. The composite exhibited hydrogen absorption and desorption performance superior to that of Mg processed under the same conditions (2.5 wt.% H₂ in 600 minutes). The initial activation showed an incubation time of approximately 40 minutes, reaching 4.0 wt.% H2 after 140 minutes; after the first cycle, a pronounced acceleration of the kinetics was observed, with the same capacity being achieved in only 5 minutes during the second absorption. Air exposure tests indicated good oxidation resistance, and after 30 days the composite maintained the ability to absorb 4.0 wt.% H2, reached in 220 and 5 minutes during the first and second absorptions, respectively. These results demonstrate that the combination of powder metallurgy and rotary filing constitutes a simple and efficient processing route for obtaining Mg–Mg2Ni composites with superior hydrogen storage properties. |
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Magnesium hydride exhibits a high gravimetric capacity (7.6 wt%) and good reversibility; however, it shows slow hydrogen absorption/desorption kinetics and high thermodynamic stability. The addition of nickel to magnesium is an effective strategy to overcome these limitations, mainly due to the formation of the Mg2Ni intermetallic compound, which acts as a “hydrogen pump” for Mg, since its reversible conversion to Mg2NiH4 occurs with faster kinetics than the hydrogenation of pure Mg, promoting H2 dissociation and the transport of atomic hydrogen into the Mg matrix. In this work, a mixture of Mg with 22 wt.% Ni was processed by powder metallurgy, and sintering at 500°C for 30 minutes resulted in the formation of a composite containing Mg–39.5wt.% Mg2Ni, which was subsequently pulverized by rotary filing prior to hydrogenation tests. The composite exhibited hydrogen absorption and desorption performance superior to that of Mg processed under the same conditions (2.5 wt.% H₂ in 600 minutes). The initial activation showed an incubation time of approximately 40 minutes, reaching 4.0 wt.% H2 after 140 minutes; after the first cycle, a pronounced acceleration of the kinetics was observed, with the same capacity being achieved in only 5 minutes during the second absorption. Air exposure tests indicated good oxidation resistance, and after 30 days the composite maintained the ability to absorb 4.0 wt.% H2, reached in 220 and 5 minutes during the first and second absorptions, respectively. These results demonstrate that the combination of powder metallurgy and rotary filing constitutes a simple and efficient processing route for obtaining Mg–Mg2Ni composites with superior hydrogen storage properties.O avanço das tecnologias de armazenamento de hidrogênio é essencial para viabilizar o uso do H2 como vetor energético limpo e sustentável. O hidreto de magnésio apresenta alta capacidade gravimétrica (7,6% em massa) e boa reversibilidade, porém exibe cinética lenta de absorção/dessorção e elevada estabilidade termodinâmica. A adição de níquel ao magnésio é uma estratégia eficaz para superar essas limitações, principalmente pela formação do intermetálico Mg2Ni, que atua como “Hydrogen pump” para o Mg, uma vez que sua conversão reversível em Mg2NiH4 ocorre com cinética mais rápida do que a hidrogenação do Mg puro, favorecendo a dissociação do H2 e o transporte de hidrogênio atômico para a matriz de Mg. Neste trabalho, uma mistura de Mg com 22% em massa de Ni foi processada por metalurgia do pó, e a sinterização a 500°C por 30 minutos resultou em um compósito contendo Mg–39,5p.% Mg2Ni, posteriormente pulverizado por limagem rotativa antes dos testes de hidrogenação. O compósito apresentou desempenho de absorção e dessorção superior ao do Mg processado nas mesmas condições (2,5% em massa de H2 em 600 minutos). A ativação inicial exibiu um tempo de incubação de aproximadamente 40 minutos, alcançando 4,0% em massa de H2 após 140 minutos; após o primeiro ciclo, observou-se aceleração cinética, com a mesma capacidade sendo atingida em apenas 5 minutos na segunda absorção. Testes de exposição ao ar indicaram boa resistência à oxidação, e após 30 dias o compósito manteve a capacidade de absorver 4,0% em massa de H2, atingida em 220 e 5 minutos na primeira e segunda absorções, respectivamente. Esses resultados demonstram que a combinação da metalurgia do pó e da limagem rotativa constitui uma rota simples e eficiente para a obtenção de compósitos Mg–Mg2Ni com propriedades superiores de armazenamento de hidrogênio.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo nº 88887.952697/2024-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)porUniversidade 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/openAccessMagnesium alloysNickelMg2Ni intermetallicHydrogen storagePowder MetallurgyENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA7. Energia limpa e acessívelLigas de MagnésioNíquelIntermetálico Mg2NiArmazenamento de hidrogênioMetalurgia do póArmazenagem de hidrogênio em ligas Mg – Ni preparadas por metalurgia do pó seguida de limagemHydrogen storage in Mg – Ni alloys prepared by powder metallurgy followed by filinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALMatheus Ribeiro Viana - Dissertação.pdfMatheus Ribeiro Viana - Dissertação.pdfapplication/pdf6202034https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/56eec587-cad0-49fc-b380-fd633a56cb22/downloada52902a433bc35a3828fa91c449740a4MD53trueAnonymousREADTEXTMatheus Ribeiro Viana - Dissertação.pdf.txtMatheus Ribeiro Viana - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain103579https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9ceb8914-34eb-460f-9a8c-43790d5a6116/downloadee4b31eff1e3f9c5e3420b05b9febe09MD55falseAnonymousREADTHUMBNAILMatheus Ribeiro Viana - Dissertação.pdf.jpgMatheus Ribeiro Viana - Dissertação.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3966https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b0cc6d22-92f2-4c84-bd87-628dc9f5a407/download273223198698fe882070fca7c0978f18MD56falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/fa54a886-232c-4d83-b537-fc67ed1a44e6/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD54falseAnonymousREAD20.500.14289/237172026-03-05T11:04:47.322274Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23717https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222026-03-05T11:04:47Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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