Histerese e perda de capacidade cíclica de ligas multicomponentes para armazenagem de hidrogênio: Modelamento termodinâmico e caracterização estrutural avançada

• Processo: 25/06227-4
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2028
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Guilherme Zepon
• Beneficiário: Guilherme Zepon
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Município da Instituição Sede: São Carlos
• Pesquisadores associados: Daniel Rodrigo Leiva ; Walter José Botta Filho
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/21330-6 - Caracterização avançada de intermetálicos multicomponentes com de fase de Laves do tipo C14 para armazenagem de hidrogênio, BP.TT; 25/21346-0 - Síntese, caracterização e propriedades de armazenagem de hidrogênio de liga multicomponente (liga 1), BP.IC
• Assunto(s): Armazenamento de hidrogênio Hidretos metálicos Ligas de múltiplos elementos principais
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: armazenagem de hidrogênio | Caracterização estrutural avançada | Hidretos metálicos | ligas multicomponentes | Armazenagem de hidrogênio

Resumo

O hidrogênio tem um papel fundamental na transição de uma matriz energética baseada em combustível fóssil para uma matriz baseada em fontes renováveis e de baixa emissão de carbono. O Brasil tem um enorme potencial para a produção de energia limpa proveniente de fontes renováveis e, portanto, potencial para produção de H2 de baixa emissão de carbono. Um dos grandes gargalos para a larga utilização de H2 como um vetor energético eficiente encontra-se em sua armazenagem e transporte, que é limitada pela baixa densidade deste gás mesmo em elevadas pressões. A armazenagem de hidrogênio no estado sólido em materiais metálicos formadores de hidretos metálicos (HM) é uma das formas mais promissoras para solucionar este problema. A aplicabilidade de uma liga formadora de HM está diretamente ligada ao seu diagrama pressão-composição-temperatura (PCT). Avanços significativos no design de ligas multicomponentes formadoras de HM têm sido obtidos graças ao desenvolvimento e implementação de modelos de termodinâmica computacional para cálculos de diagramas PCT [1-5]. Contudo, duas características prejudiciais à sua aplicação ainda persistem e não são completamente compreendidas: a histerese nas curvas pressão-composição-isoterma (PCI) e a perda de capacidade de armazenagem ao longo dos ciclos de absorção e dessorção. Este projeto possui dois objetivos complementares. O primeiro consiste incorporar o fenômeno da histerese nos modelos termodinâmicos existentes. O segundo consiste em elucidar as causas da histerese e da perda de capacidade durante a ciclagem de ligas multicomponentes combinando diferentes técnicas avançadas de caracterização estrutural em amostras com diferentes condições de hidrogenação. As técnicas empregadas serão DRX ex-situ e in-situ, MEV com microanálise química por EDS e análise de orientação cristalográfica por EBSD, e MET com EDS e análise automática de orientação cristalográfica usando o sistema ASTAR a partir de amostras produzidas por Feixe de íons focalizados (FIB). A compreensão destes fenômenos trará benefícios para o projeto de materiais com propriedades otimizadas para aplicações envolvendo absorção e dessorção de hidrogênio. (AU)