Formação de Mg2FeH6 e mecanismos de hidrogenação de nanocompósitos Mg-32%p Fe produzidos por laminação a frio

• Processo: 18/21231-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Iniciação Científica
• Vigência (Início): 03 de janeiro de 2019
• Vigência (Término): 29 de março de 2019
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Daniel Rodrigo Leiva
• Beneficiário: Lucas Varoto
• Supervisor: Jacques Huot
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Local de pesquisa: Université du Québec à Trois-Rivières (UQTR), Canadá
• Vinculado à bolsa: 17/17952-5 - Nanocompósitos à base de Mg para armazenagem de hidrogênio com aditivos contendo Zr ou Fe, BP.IC
• Assunto(s): Armazenamento de hidrogênio Energia renovável Mudança de fase Hidretos Laminação
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Armazenamento de hidrogênio | Cinética de absorção | dessorção de hidrogênio | Hidreto Complexo | Hidreto de magnésio | Laminação a Frio | Transformação de Fases

Resumo

O armazenamento de hidrogênio é uma questão importante de pesquisa aplicada, de forma que o H2 se torne viável como fonte de energia mais limpa e renovável. Alguns dos principais avanços recentes nesta área referem-se ao desenvolvimento de tanques de hidrogênio sólido usando hidretos metálicos, em particular baseados em MgH2. Este material apresenta como principais vantagens sua alta densidade volumétrica de energia e o baixo custo de partida do metal. A elaboração de nanocompósitos de MgH2 por moagem de alta energia (HEBM) promove importantes melhorias na cinética de absorção/dessorção de hidrogênio em temperaturas próximas a 300°C. No entanto, o processamento HEBM consiste e requer parâmetros que não são práticos e totalmente viáveis para a produção comercial de ligas, compósitos e outros. Por outro lado, os métodos de processamento de deformação plástica severa (SPD), mais especificamente laminação a frio (CR), têm um vantagem de custo e de viabilidade de processo significativas sobre HEBM. No primeiro ano de bolsa de iniciação científica do candidato, foram alcançados resultados significativos referentes às propriedades de armazenamento de hidrogênio, especialmente a dessorção a baixas temperaturas, de misturas de MgH2 com alto teor de aditivos, para amostras moídas. A mistura contendo 32% p. Fe apresentou resultados expressivos de cinética absorção/dessorção em temperatura ambiente, os quais ainda não foram relatados na literatura. Logo, é interessante a investigação do comportamento de absorção/dessorção de H2 para essa mesma mistura processada sob laminação a frio. Além disso, o alto teor de Fe e as características do nanocompósito laminado em termos da microestrutura e morfologia impostas pelo processamento são aspectos novos a serem avaliados considerando os mecanismos de formação de hidreto complexo e de modelagem cinética. Durante o processo de moagem sob hidrogênio, em sistemas Mg-Fe-H, a formação de Mg2FeH6 envolve duas etapas: a formação de MgH2 em tempos mais curtos e a reação entre MgH2 e Fe para produzir Mg2FeH6 à medida que o tempo de moagem aumenta. A presença de Fe na mistura também produz um efeito catalítico na cinética de dessorção de hidrogênio a partir de MgH2. Entre todos os hidretos complexos, o Mg2FeH6 apresenta a maior densidade volumétrica de hidrogênio conhecida e possui uma alta densidade gravimétrica de hidrogênio, de 5,47% em peso, resultando em um material promissor para o armazenamento de hidrogênio. No entanto, este hidreto ternário tem a particularidade de que o Mg e o Fe não formam compostos binários estáveis entre si. Como conseqüência disso, a síntese de Mg2FeH6 é difícil de ser realizada. Neste projeto de estágio no exterior, espera-se estudar e identificar, ajustando as curvas cinéticas, os mecanismos das reações cinéticas e a formação de Mg2FeH6 pelo processamento do Mg com 32% em massa de Fe na laminação a frio, diferentemente da rota comum de processamento, HEBM. Como a laminação a frio tem menos energia envolvida em seu processo e a interface entre o Mg e o Fe aditivo é diferente das condições de pós moídos, o mecanismo de formação e os efeitos do Mg2FeH6 nas propriedades de absorção/dessorção de H2 são questões relevantes a serem avaliadas através de modelagem cinética e técnicas de caracterização estrutural. (AU)