Resistência à corrosão de filmes de Nitreto de Nióbio (NbN) funcionalmente gradados para aplicação em placas bipolares de eletrolisadores do tipo PEM para geração de hidrogênio verde

• Processo: 25/04921-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica
• Pesquisador responsável: Felipe Carneiro da Silva
• Beneficiário: João Pedro Calomeni Eletério
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Ligas de alumínio
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Eletrolisadores | Hidrogênio verde | Ligas de alumínio | nitreto de nióbio | Placas Bipolares | proteção superficial

Resumo

Os eletrolisadores são dispositivos que produzem hidrogênio verde a partir da divisão da molécula da água. Esse hidrogênio produzido pode ser utilizado como matéria-prima para descarbonização em diversos setores industriais, como por exemplo:* Na fabricação de aço (substituindo o carvão como agente redutor); * Na fabricação de vidro; * Na síntese da amônia verde (componente fundamental para a produção de fertilizantes agrícolas); * Na fabricação de combustíveis sustentáveis (como o diesel e gasolina sintéticas, que podem também ser utilizadas para outros fins além do setor automobilístico, como o setor aeronáutico e marítimo); * Utilizado como combustível em células combustíveis do tipo PEMFC. Dentre os tipos de eletrolisadores disponíveis, o do tipo PEM - Proton Exchange Membrane Water Electrolyzer - PEMWE - destaca-se frente aos demais (Alkaline Water Electrolysis - AWE e Solid Oxide Water Electrolysis - SOWE) devido à sua alta densidade de corrente (¿ 02 A.cm¿2), resposta rápida, seguro, compacto e a possibilidade de operar a altas pressões (maiores que 350 bars). Por outro lado, os eletrolisadores do tipo PEM possuem um alto custo de fabricação, principalmente devido aos materiais utilizados na confecção dos seus componentes estruturais. Dentre esses componentes, as placas bipolares representam aproximadamente 50% do custo total. Os pré-requisitos necessários dessas placas para um bom funcionamento deste tipo de eletrolisador são: boa condutibilidade térmica e elétrica, boa resistência à corrosão e boa estabilidade mecânica.Entre os materiais de engenharia produzidos em larga escala, as ligas metálicas atendem essas necessidades. A literatura científica reporta dois tipos de ligas que são utilizadas como material base de placas bipolares em PEMWE: ligas de titânio e aços inoxidáveis.Contudo, placas bipolares à base de titânio têm um alto custo de fabricação No caso dos aços inoxidáveis, embora seja um dos materiais mais promissores quando comparado às ligas de titânio devido ao seu custo menor, placas bipolares manufaturadas deste material, quando submetidas ao ambiente anódico de um eletrolisador, têm uma queda de performance devido à instabilidade química. O objetivo científico do presente projeto é simular, verificar e avaliar o comportamento corrosivo de filmes finos de nitreto de nióbio (NbN) gradados depositados sobre a superfície de ligas de alumínio AA1100 para simular o ambiente anódico (saturação de oxigênio) de placas bipolares em um eletrolisador do tipo PEM.METODOLOGIAO projeto será desenvolvido nas dependências do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Escola Politécnica da USP (EPUSP), em particular no Laboratório de Metalografia e no Laboratório de Processos Eletroquímicos (LPE). Os laboratórios em questão possuem a infraestrutura necessária para a realização do projeto.Durante o processo de deposição, os filmes de NbN serão submetidos a um fluxo variável de N2 (que estamos chamando de filme gradado). O fluxo de N2 será variado durante todo o tempo de deposição. Será utilizada a técnica de Grid Assisted Magnetron Sputtering (GAMS), e esse sistema é descrito e apresentado por Fontana et al. (FONTANA; MUZART, 1999) e foi utilizado pelo autor deste projeto durante a execução do doutorado (SILVA, 2019) e em artigos publicados (SILVA et al., 2020; SILVA F.C.; PRADA, 2020; TUNES et al., 2018).RESULTADOS E IMPACTOS ESPERADOSOs resultados esperados para o presente projeto incluem a comparação e avaliação do comportamento corrosivo (por meio dos ensaios eletroquímicos) dos filmes finos de NbN funcionalmente gradados sobre alumínio AA1100. Com esses resultados, será possível entender melhor o processo corrosivo nessa combinação de revestimentos e ligas de alumínio, contribuindo com a ciência e tecnologia e identificando qual a melhor alternativa para aplicar esses materiais em eletrolisadores (geração de hidrogênio verde) do tipo PEM. (AU)