Efeitos de baixos teores de aditivos (TiFe, Fe, TiAl, Nb₂O₅) na cinética de absorção e dessorção de hidrogênio pelo sistema Mg/MgH₂
| Ano de defesa: | 2021 |
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Universidade Federal de São Carlos
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Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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Resumo: | The hydrogen economy holds great promise in supplying our planet's urgent clean energy needs. The effective and safe hydrogen storage remains a major technological challenge. Thus, the H2 storage in metal hydrides of light materials continues to be pursued. Mg/MgH2 are still extensively researched, but limited by their slow kinetics and high temperatures in the H2 absorption/desorption. In recent works, it was noticed that Mg/MgH2 mixed with additives by the high energy ball milling allows reductions in the absorption/desorption temperatures. Thus, in the first stage of this work, the properties and kinetics of MgH2 processed by reactive milling under H2 (RM) with known additives in low fractions (2 mol% Fe, Nb2O5, TiAl and TiFe), under low temperatures were investigated. MgH2-TiFe showed the best results at 330 °C (desorption) and at low temperatures (absorption). The first H2 absorption was ≈ 2.67 wt.% (1 hour) and ≈ 4.44 wt.% (16 hours) at room temperature (40% and 67% of the maximum theoretical capacity, respectively). The MgH2-TiFe superior performance was attributed to the hydrogen attraction by the created high energy interfaces and to TiFe catalytic action. MgH2-Fe also showed good results, mainly due to the lower desorption temperature than MgH2-TiFe. Thus, in the following stages, it was decided to further investigate the kinetics and the rate limiting mechanisms of H2 reactions in nanocomposites of Mg-8 mol% Fe prepared by reactive milling for 10 and 24 hours. The results showed extremely fast H2 absorption/desorption at 300-350 °C, 10 bar H2 (absorption) and 0.13 bar H2 (desorption). Nanocomposites with MgH2, low Fe fractions and without Mg2FeH6 are suggested as more suitable for H2 storage under mild conditions, and nanocomposites with MgH2 and higher Mg2FeH6 fraction are better for storing thermal-chemical energy under more severe conditions. |
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Antiqueira, Flávio JoséLeiva, Daniel Rodrigohttp://lattes.cnpq.br/6576844591900987Botta Filho, Walter Joséhttp://lattes.cnpq.br/8956458007749112http://lattes.cnpq.br/0210980156902548657bd691-77a2-44d8-a783-43f506c9d4f72021-11-10T18:07:36Z2021-11-10T18:07:36Z2021-08-31ANTIQUEIRA, Flávio José. Efeitos de baixos teores de aditivos (TiFe, Fe, TiAl, Nb₂O₅) na cinética de absorção e dessorção de hidrogênio pelo sistema Mg/MgH₂. 2021. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15094.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15094The hydrogen economy holds great promise in supplying our planet's urgent clean energy needs. The effective and safe hydrogen storage remains a major technological challenge. Thus, the H2 storage in metal hydrides of light materials continues to be pursued. Mg/MgH2 are still extensively researched, but limited by their slow kinetics and high temperatures in the H2 absorption/desorption. In recent works, it was noticed that Mg/MgH2 mixed with additives by the high energy ball milling allows reductions in the absorption/desorption temperatures. Thus, in the first stage of this work, the properties and kinetics of MgH2 processed by reactive milling under H2 (RM) with known additives in low fractions (2 mol% Fe, Nb2O5, TiAl and TiFe), under low temperatures were investigated. MgH2-TiFe showed the best results at 330 °C (desorption) and at low temperatures (absorption). The first H2 absorption was ≈ 2.67 wt.% (1 hour) and ≈ 4.44 wt.% (16 hours) at room temperature (40% and 67% of the maximum theoretical capacity, respectively). The MgH2-TiFe superior performance was attributed to the hydrogen attraction by the created high energy interfaces and to TiFe catalytic action. MgH2-Fe also showed good results, mainly due to the lower desorption temperature than MgH2-TiFe. Thus, in the following stages, it was decided to further investigate the kinetics and the rate limiting mechanisms of H2 reactions in nanocomposites of Mg-8 mol% Fe prepared by reactive milling for 10 and 24 hours. The results showed extremely fast H2 absorption/desorption at 300-350 °C, 10 bar H2 (absorption) and 0.13 bar H2 (desorption). Nanocomposites with MgH2, low Fe fractions and without Mg2FeH6 are suggested as more suitable for H2 storage under mild conditions, and nanocomposites with MgH2 and higher Mg2FeH6 fraction are better for storing thermal-chemical energy under more severe conditions.A economia do hidrogênio continua sendo uma grande promessa no suprimento das necessidades urgentes de energia limpa em nosso planeta. O armazenamento do hidrogênio de forma eficaz e segura persiste como um grande desafio tecnológico. Assim, o armazenamento de H2 em hidretos metálicos de materiais leves continua sendo perseguido. O Mg/MgH2 ainda são bastante pesquisados, porém limitados por sua cinética lenta e temperaturas altas na absorção/dessorção de H2. Em trabalhos recentes, notou-se que o Mg/MgH2 misturado com aditivos pela moagem de alta energia permite reduções nas temperaturas de absorção/dessorção. Assim, na primeira etapa deste trabalho, investigou-se as propriedades de armazenamento de H2 pelo MgH2 processado por moagem reativa sob H2 com aditivos conhecidos em baixas frações (2% mol Fe, Nb2O5, TiAl e TiFe), sob baixas temperaturas. O MgH2-TiFe apresentou os melhores resultados a 330 °C (dessorção) e a baixas temperaturas (absorção). A primeira absorção de H2 foi ≈ 2,67% (1 hora) e ≈ 4,44% em massa (16 horas) a temperatura ambiente (40% e 67% da capacidade máxima teórica, respectivamente). O desempenho superior do MgH2-TiFe foi atribuído à atração do hidrogênio pelas interfaces de alta energia criadas e a ação catalítica do TiFe. O MgH2-Fe, também mostrou bons resultados, principalmente pela temperatura de dessorção inferior ao MgH2-TiFe. Assim, nas etapas seguintes, investigou-se melhor a cinética e mecanismos limitantes das reações do H2 em nanocompósitos de Mg-8% mol Fe preparados por moagem reativa durante 10 e 24 horas. Os resultados mostraram absorção/dessorção de H2 extremamente rápidas sob 300-350 ºC, 10 bar H2 (absorção) e 0,13 bar H2 (dessorção). Os nanocompósitos com MgH2, baixas frações de Fe e sem Mg2FeH6 são sugeridos como mais adequados ao armazenamento de H2 sob condições brandas, e nanocompósitos com MgH2 e maior fração de Mg2FeH6 são melhores no armazenamento de energia térmica-química sob condições mais severas.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: 88882.332725/2019-01porUniversidade 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/openAccessMoagem reativaHidreto de magnésioAditivosArmazenamento de hidrogênioReactive millingMagnesium hydrideAdditivesHydrogen storageENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAOENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAEfeitos de baixos teores de aditivos (TiFe, Fe, TiAl, Nb₂O₅) na cinética de absorção e dessorção de hidrogênio pelo sistema Mg/MgH₂Effects of low additive content (TiFe, Fe, TiAl, Nb₂O₅) on the hydrogen absorption and desorption kinetics by the Mg/MgH₂ systeminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis600600d0a7bfae-9779-4d88-b972-a012bdfc6aa3reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALFlavio Jose Antiqueira - Tese.pdfFlavio Jose Antiqueira - Tese.pdfVersão final de teseapplication/pdf9750561https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d4e69a5a-914d-4f21-b327-6174ba46df48/download4da25463a517db7c2455f0bb69f48a46MD51trueAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento.pdfapplication/pdf508831https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/e6f5b281-9c18-4385-bfdd-84645454b9eb/download25e060fae303939285539eb9ef196382MD53falseCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f7ffbda0-384a-45ad-a94e-b3980fda619b/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD54falseAnonymousREADTEXTFlavio Jose Antiqueira - Tese.pdf.txtFlavio Jose Antiqueira - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain346171https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/862c2dd9-6e12-4be6-8b60-1916cd5faa02/downloadf7d615a21555c96b7627aaba2a26f164MD59falseAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtExtracted texttext/plain1https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/1f2f0048-1d55-4ed8-a43c-400c39a2caca/download68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD511falseTHUMBNAILFlavio Jose Antiqueira - Tese.pdf.jpgFlavio Jose Antiqueira - Tese.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg3895https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/bdc47f59-1355-4926-882a-b02c6af2d318/download8f991220cef18ae9152dbdd8421035d5MD510falseAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg12261https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/21ab780a-cd3f-4726-87bf-1eec3b7f1392/download6db5da55a3864d74dcea7b509443e5a0MD512false20.500.14289/150942025-02-05 20:22:31.402http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/15094https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-05T23:22:31Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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