Estudo dos mecanismos da reação metal-hidrogênio em ligas multicomponentes com estrutura de fase laves hexagonal C14

• Processo: 22/01351-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2025
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Ricardo Floriano
• Beneficiário: Ricardo Floriano
• Instituição Sede: Faculdade de Ciências Aplicadas (FCA). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Limeira , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Alessandra Cremasco ; Guilherme Zepon ; Rodrigo José Contieri ; Santiago José Alejandro Figueroa
• Assunto(s): Armazenamento de hidrogênio Hidretos metálicos Ligas de alta entropia Hexagonal MgZn2 Fases de Laves Método CALPHAD Difração por raios X
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: armazenagem de hidrogênio | Calphad | Difração de raios-X in situ | Fase de Laves C14 | Hidretos metálicos | Ligas de Alta Entropia | Armazenagem de Hidrogênio em Estado Sólido

Resumo

Recentemente, ligas multicomponentes e ligas de alta entropia - em especial as que resultam em configurações monofásicas com presença majoritária da fase de laves hexagonal C14 - foram testadas como sistemas armazenadores de hidrogênio e resultados muito promissores foram reportados como, por exemplo, elevadas capacidades de absorção de hidrogênio com cinéticas rápidas em temperatura ambiente e moderada sem a necessidade de processos de ativação. Face aos bons resultados obtidos até o presente momento, poucos estudos se dedicaram ao entendimento e compreensão sobre os mecanismos de absorção e dessorção de hidrogênio em ligas multicomponentes com presença majoritária da fase de laves C14. Neste projeto de pesquisa pretende-se investigar os mecanismos da reação metal-hidrogênio durante o processo de absorção e dessorção de hidrogênio em ligas multicomponentes com presença majoritária da fase de laves hexagonal C14 por meio de medidas de difração de raios-X in-situ. Busca-se um melhor entendimento acerca da estabilidade e reversibilidade da fase de laves hexagonal C14 ainda inexistente na literatura. Ligas multicomponentes com presença majoritária da fase de laves C14 com diferentes proporções dos elementos de liga A e B, dos sistemas AB, AB2, A1,5B e AB1,2 (onde A representa os elementos com maior afinidade de absorver o hidrogênio, como: Ti, Zr, Nb e V; enquanto B representa os elementos com baixa afinidade com o hidrogênio, como: Fe, Cr, Mn, Ni, Co) serão devidamente selecionadas com base na avaliação de parâmetros termodinâmicos empíricos e cálculos termodinâmicos por meio do método CALPHAD (Software Thermocalc) e posteriormente preparadas em forno de fusão a arco em atmosfera controlada. Após a preparação das ligas, o efeito do emprego da técnica de deformação plástica severa, HPT (High-Pressure Torsion) será avaliado em busca de melhores propriedades de armazenagem de hidrogênio. As ligas selecionadas incluindo ou não a etapa de HPT serão caracterizadas após a exposição ao hidrogênio em diferentes doses e estágios de absorção e dessorção por diferentes técnicas de caracterização incluindo microscopia eletrônica de varredura, transmissão e difração de raios-X in situ, que permitirá fornecer informações relevantes sobre a estabilidade e a reversibilidade da fase de laves C14 em função da proporção dos átomos A e B. Tal proposta de pesquisa é fruto da colaboração nacional e internacional em andamento entre o proponente deste projeto e os pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR), do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) e da Kyushu University (Japão), que vem resultando em trabalhos e publicações conjuntas no tema, e inclusive, vem nos permitindo avançar de maneira significativa desde o design, processamento até a caracterização de novas ligas com excelentes propriedades para armazenar hidrogênio. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

ANDRADE, GASPAR; EDALATI, PAYAM; DANGWAL, SHIVAM; EDALATI, KAVEH; FLORIANO, RICARDO. Microstructural Characterization and Hydrogen Storage Properties at Room Temperature of Ti₂₁Zr₂₁Fe₄₁Ni₁₇ Medium Entropy Alloy. ACS APPLIED ENERGY MATERIALS, v. N/A, p. 10-pg., 2025-02-10. (22/01351-0, 23/02216-2)

FONTANA, GABRIEL L. B. G.; EDALATI, PAYAM; DANGWAL, SHIVAM; EDALATI, KAVEH; STROZI, RENATO B.; FLORIANO, RICARDO. Crystal structure and hydrogen storage properties of ZrNbFeCo medium-entropy alloy. INTERMETALLICS, v. 176, p. 9-pg., 2025-01-25. (22/01351-0)

EDALATI, KAVEH; AKIBA, ETSUO; BOTTA, WALTER J.; ESTRIN, YURI; FLORIANO, RICARDO; FRUCHART, DANIEL; GROSDIDIER, THIERRY; HORITA, ZENJI; HUOT, JACQUES; LI, HAI-WEN; et al. Impact of severe plastic deformation on kinetics and thermodynamics of hydrogen storage in magnesium and its alloys. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY, v. 146, p. 19-pg., 2023-05-20. (13/05987-8, 22/01351-0)

ANDRADE, GASPAR; SILVA, BRUNO HESSEL; ZEPON, GUILHERME; FLORIANO, RICARDO. Hydrogen storage properties of Zr-based multicomponent alloys with C14-Laves phase structure derived from the Zr-Cr-Mn-Fe-Ni system. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 51, p. 9-pg., 2023-12-15. (22/01351-0)

ANDRADE, GASPAR; ZEPON, GUILHERME; EDALATI, KAVEH; MOHAMMADI, ABBAS; MA, ZHONGLIANG; LI, HAI-WEN; FLORIANO, RICARDO. Crystal structure and hydrogen storage properties of AB-type TiZrNbCrFeNi high-entropy alloy. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 48, n. 36, p. 11-pg., 2023-04-01. (22/01351-0)