Propriedades de armazenagem de hidrogênio de compósitos Mg-Fe-Ti-CNT processados por métodos de deformação plástica severa

Propriedades de armazenagem de hidrogênio de compósitos Mg-Fe-Ti-CNT processados por métodos de deformação plástica severa

Author Oliveira, Bruno Diego Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Andreani, Gisele Ferreira de Lima Autor UNIFESP Google Scholar
Graduate program Engenharia e Ciências de Materiais
Abstract Os hidretos à base de Mg são promissores para o armazenamento de hidrogênio no estado sólido, devido às altas capacidades de armazenamento, em massa e em volume, e à reversibilidade. O processamento de ligas à base de Mg por moagem de alta energia (MAE) permite a formação de nanoestruturas e nanocompósitos, que apresentam cinéticas mais rápidas de hidrogenação. As técnicas de deformação plástica severa (SPD) apresentam maior viabilidade em escala industrial, e podem produzir nanoestruturas em formas maciças, que oferecem maior resistência à oxidação e segurança em comparação aos pós. No presente trabalho de doutorado foram desenvolvidos compósitos com matriz de Mg, com os objetivos de avaliar os efeitos de adição de catalisadores (Fe, Ti e CNT), da rota de processamento por MAE, por extrusão em canal angular constante (MAE+ECAP) aplicando 1 e 8 passes, e laminação repetitiva (MAE+ARB e MAE+extrusão+ARB) aplicando 20 passes, nas propriedades de cinética e capacidade de absorção/dessorção de H, de temperatura de dessorção, de tempo de exposição dos pós à atmosfera (1 e 12 meses), e do número de ciclos (2 e 4) de absorção/dessorção. A presença do Ti (5 %p) contribuiu no processo MAE para diminuir o tamanho de partículas, mas não influenciou nas cinéticas e capacidade de armazenamento, nem na temperatura de dessorção, obtendo-se valores similares nas amostras com e sem Ti. O aumento da quantidade de CNT em compósitos Mg-5Fe-5Ti produzidos por MAE melhorou as cinéticas e capacidades de absorção, e Mg-5Fe-5Ti-5MWCNT exibiu a maior capacidade (6,3 %p de H). Verificou-se que é possível consolidar pós pelas rotas MAE+ECAP, MAE+ARB e MAE+EX+ARB. Em geral, as amostras processadas por MAE+ECAP apresentaram ausência de tempos de incubação, e ligeira diminuição das cinéticas e capacidades de absorção. Entretanto, nas amostras “As” (Mg-5Fe-5Ti-xSWCNT, onde x: 0,1, 0,2, 0,5 e 0,8 %p), observou-se maiores cinéticas e capacidades para A3-ECAP e A4-ECAP (1 passe) em comparação aos seus pós, com maior capacidade (2,9 %p de H) e menor temperatura de dessorção (343°C) para A4-ECAP. Amostras 2MgFe submetidas à MAE+ARB apresentaram resultados similares aos seus pós precursores. A amostra em pó de 12 meses exibiu melhores capacidade (4 %p de H) e temperatura de dessorção (299°C), mas a amostra maciça de 1 mês mostrou maior capacidade dentre as laminadas (3,5 %p de H). Houve melhora na capacidade de armazenamento com o aumento do número de ciclos de absorção/dessorção.

Mg-based hydrides are promising for hydrogen storage in the solid state, due to the high storage capacities, in mass and volume, and reversibility. The processing of Mg-based alloys by high-energy ball milling (HEBM) allows the formation of nanostructures and nanocomposites, which present faster hydrogenation kinetics. The severe plastic deformation (SPD) techniques present higher viability for an industrial scale, and can produce nanostructures in bulk forms, which offer greater resistance to oxidation and safety in comparison to powders. In the present doctoral work, Mg-matrix composites were developed, with the objectives of evaluating the effects of the addition of catalysts (Fe, Ti and CNT), of the processing route by MAE, by equal channel angular pressing (HEBM+ECAP) applying 1 and 8 passes, and by accumulative roll bonding (HEBM+ARB and HEBM+Extrusion+ARB) applying 20 passes, on the properties of H-absorption/desorption kinetic and capacity, of H-desorption temperature, of exposure time of powders to the atmosphere (1 and 12 months), and of numbers of H-absorption/desorption cycles (2 and 4). The presence of Ti (5 wt.%) contributed in the HEBM process to decrease the particle size, but it did not influence the kinetic and storage capacity, neither the desorption temperature, and similar values were obtained for the samples with and without Ti. The increase of CNT amounts in Mg-5Fe-5Ti composites produced by HEBM improved H-absorption kinetics and capacities, and Mg-5Fe-5Ti-5MWCNT exhibited the highest capacity (6.3 wt.% of H). It was found that it is possible to consolidate powders by routes HEBM+ECAP, HEBM+ARB and HEBM+EX+ARB. In general, samples processed by HEBM+ECAP showed absence of incubation times, and slight decrease of H-absorption kinetics and capacities. However, in the “As” samples (Mg-5Fe-5Ti-xSWCNT, where x: 0.1, 0.2, 0.5 and 0.8 wt.%), we observed higher kinetics and capacities for A3-ECAP and A4-ECAP (1 pass) in comparison with their powders, with highest capacity (2.9 wt.% of H) and lowest H-desorption temperature (343°C) for A4-ECAP. 2MgFe samples submitted to HEBM+ARB showed results similar to those of precursor powders The sample in powder of 12 months exhibited better capacity (4 wt.% of H) and H-desorption temperature (299°C), but the bulk sample of 1 month showed the highest capacity between rolled samples (3.5 wt.% of H). There was an improvement in the storage capacity with the increase in the number of H-absorption/desorption cycles.
Keywords Armazenamento de Hidrogênio
Hidretos de Magnésio
Extrusão por Canal Angular
Laminação Repetitiva
Deformação Plástica Severa
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Language Portuguese
Sponsor Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Date 2021-04-30
Published in OLIVEIRA, B. D. PROPRIEDADES DE ARMAZENAGEM DE HIDROGÊNIO DE COMPÓSITOS Mg-Fe-Ti-CNT PROCESSADOS POR MÉTODOS DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA SEVERA. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) – Instituto de Ciência e Tecnologia na Universidade Federal de São Paulo. São José dos Campos, p. 122. 2021
Research area Compósitos a base ed magnésio para armazenamento de hidrogênio.
Knowledge area Outra
Publisher Universidade Federal de São Paulo
Extent 140 f.
Access rights Closed access
Type Thesis
URI https://repositorio.unifesp.br/handle/11600/61322

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Name: Tese Bruno Diego de Oliveira_FINAL.pdf
Size: 7.368Mb
Format: PDF
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