Desenvolvimento de Novos Compósitos Armazenadores de Hidrogênio contendo Hidreto de Magnésio e Ligas de Alta Entropia

• Processo: 24/14493-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2025
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Daniel Rodrigo Leiva
• Beneficiário: Daniel Rodrigo Leiva
• Pesquisador Anfitrião: Zlotea Claudia
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Institut De Chimie Et Des Matériaux Paris-Est, França
• Assunto(s): Armazenamento de hidrogênio Hidreto de magnésio Ligas de alta entropia Nanocompósitos Mudança de fase
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: armazenagem de hidrogênio | Hidreto de magnésio | Ligas de Alta Entropia | nanocompósitos | Transformações de Fases

Resumo

A armazenagem de hidrogênio é uma importante questão de pesquisa aplicada, para que se torne possível a viabilização do H2 como vetor de energia mais limpa e renovável. Alguns dos principais avanços recentes nesta área se referem ao desenvolvimento de tanques sólidos de hidrogênio utilizando hidreto de magnésio. Este material apresenta como maiores vantagens suas altas capacidades gravimétrica e volumétrica de armazenagem e o baixo custo do metal de partida. Entretanto, mesmo no estado nanocristalino, temperaturas da ordem de 300°C são necessárias para as reações de absorção e dessorção de H2 pelo Mg. Nos últimos anos, um novo conceito de projeto de liga tem ganhado atenção crescente: a elaboração de ligas de alta entropia (HEAs, high entropy alloys). Estas ligas contêm vários elementos combinados de maneira (aproximadamente) equiatômica, sendo, portanto, multicomponentes e não apresentando apenas um elemento principal. A denominação 'HEA' advém da sua esperada alta entropia configuracional. Entre suas aplicações promissoras, destaca-se sua capacidade, verificada em alguns sistemas específicos, de absorver hidrogênio à temperatura ambiente ou próxima à ambiente. Entretanto, as capacidades gravimétricas alcançadas são significativamente menores que as do MgH2. Neste projeto, MgH2 e HEAs selecionadas, serão combinados através de moagem de alta energia realizada sob atmosfera de hidrogênio (moagem reativa, MR) para produzir novos compósitos MgH2 - HEA com propriedades de armazenagem de hidrogênio melhoradas. Duas abordagens diferentes serão avaliadas: (i) o uso das HEAs selecionadas como aditivos (10% em massa), para explorar sua ação catalisadora nas reações de absorção/dessorção de hidrogênio pelo Mg; e (ii) o uso das HEAs como componente abundante do compósito (40% em massa), para explorar a possível sinergia com o Mg nos aspectos de cinética de reação e também capacidade de armazenagem. As microestruturas obtidas serão avaliadas por diferentes técnicas de caracterização estrutural convencional e avançada. A evolução das fases formadas durante o processamento e durante as reações de absorção/dessorção de H2 será avaliada por difração de raios-X (DRX) de laboratório ou usando radiação sincrotron, ou ainda difração de nêutrons. O monitoramento em tempo real da temperatura e da pressão de H2 durante a moagem fornecerá informações importantes sobre os efeitos catalíticos alcançados nos diferentes nanocompósitos durante a síntese meconoquímica dos hidretos. Análises de tamanho, morfologia e distribuição das fases presentes serão realizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET). As propriedades de absorção/dessorção de H2 serão determinadas através de espectroscopia de dessorção térmica (TDS, thermal desorption spectroscopy), análise termogravimétrica (TGA, thermogravimetric analysis) e medidas cinéticas e termodinâmicas pelo método volumétrico de Sievert. A análise dos resultados deve levar ao estabelecimento de correlações entre estrutura, propriedades e processamento para estes novos nanocompósitos à base de Mg para armazenagem de hidrogênio no estado sólido.