Modelagem termodinâmica computacional de ligas multicomponentes cúbicas de corpo centrado para armazenagem de hidrogênio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pedroso, Otávio Abreu
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15880
Resumo: Recently, multicomponent metal alloys for hydrogen storage have drawn attention due to the possibility of exploring a large compositional field, which can allow the control of storage properties by controlling the alloy composition, thus satisfying the needs for each application. The laboratory of hydrogen in metals at DEMa/UFSCar has vast experience in the synthesis, characterization, and evaluation of the properties of these alloys. The next step is to develop methods and models to predict the thermodynamic properties that determine their operating conditions (pressure and temperature for absorption/desorption) based solely on the chemical composition, aiming to improve the tools available to carry out the design of alloys for storage of hydrogen with suitable properties for different applications. Recently, Zepon et al. proposed a thermodynamic model to calculate pressure-composition-temperature (PCT) diagrams of multicomponent cubic body-centered alloys (CCC). of sites, and the enthalpy of the phases is modeled based on experimental data and calculated from ab initio through density functional theory (DFT). This master’s work aimed to add new chemical elements to the recently proposed model through DFT calculations and to develop an open code program for the calculation of PCT diagrams based on the model and the data obtained by DFT. The elements Mg, Al, Sc, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, and Pd were incorporated into the model and their implementation in open-source software in the Python programming language. Using this software, the alloys reported in the literature were evaluated so that it was possible to observe that the alloys of the TiVNbCr system are better described by the model, in addition to the fact that some alloys containing Mg show a discrepancy between the crystal structure observed experimentally and those obtained by the model.
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The laboratory of hydrogen in metals at DEMa/UFSCar has vast experience in the synthesis, characterization, and evaluation of the properties of these alloys. The next step is to develop methods and models to predict the thermodynamic properties that determine their operating conditions (pressure and temperature for absorption/desorption) based solely on the chemical composition, aiming to improve the tools available to carry out the design of alloys for storage of hydrogen with suitable properties for different applications. Recently, Zepon et al. proposed a thermodynamic model to calculate pressure-composition-temperature (PCT) diagrams of multicomponent cubic body-centered alloys (CCC). of sites, and the enthalpy of the phases is modeled based on experimental data and calculated from ab initio through density functional theory (DFT). This master’s work aimed to add new chemical elements to the recently proposed model through DFT calculations and to develop an open code program for the calculation of PCT diagrams based on the model and the data obtained by DFT. The elements Mg, Al, Sc, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, and Pd were incorporated into the model and their implementation in open-source software in the Python programming language. Using this software, the alloys reported in the literature were evaluated so that it was possible to observe that the alloys of the TiVNbCr system are better described by the model, in addition to the fact that some alloys containing Mg show a discrepancy between the crystal structure observed experimentally and those obtained by the model.Recentemente, ligas metálicas multicomponentes para armazenamento de hidrogênio tem chamado a atenção pela possibilidade de se explorar um grande campo composicional, que pode permitir o controle das propriedades de armazenagem pelo controle da composição da liga, podendo satisfazer as necessidades para cada aplicação. O laboratório de hidrogênio em metais do DEMa/UFSCar já possui vasta experiência na síntese, caracterização e avaliação das propriedades destas ligas. Um próximo passo é desenvolver métodos e modelos para prever as propriedades termodinâmicas que determinam suas condições de operação (pressão e temperatura para absorção/dessorção) em função unicamente da composição química, visando aprimorar as ferramentas disponíveis para realização do design de ligas para armazenagem de hidrogênio com propriedades adequadas para diferentes aplicações. Recentemente, Zepon et al. propuseram um modelo termodinâmico para calcular diagramas pressão-composiçãotemperatura (PCT) de ligas multicomponentes cúbicas de corpo centrado (CCC). Neste modelo, a entropia configuracional das fases de interesse é modelada através do modelo de solução sólida intersticial com efeito de boqueio de sítios, e a entalpia das fases é modelada com base em dados experimentais e cálculos de ab initio através de teoria do funcional densidade (DFT). Este trabalho de mestrado teve como objetivo adicionar novos elementos químicos ao modelo recentemente proposto através de cálculos de DFT e desenvolver um programa em código aberto para o cálculo de diagramas PCT com base no modelo e nos dados obtidos por DFT. Foi realizada a incorporação dos elementos Mg, Al, Sc, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo e Pd ao modelo e a sua implementação em um software de código aberto na linguagem de programação Python. Utilizando esse software, as ligas reportadas na literatura foram avaliadas de forma que foi possível observar que as ligas do sistema TiVNbCr são melhor descritas pelo modelo, além de que algumas ligas contendo Mg apresentam discrepância entre a estrutura cristalina observada experimentalmente e as obtidas pelo modelo.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)132353/2020-2porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSustentabilidadeEnergias renováveisArmazenamento de hidrogênioDFTLigas multicomponentesSustainabilityRenewable energyHydrogen storageMulticomponent alloysENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAModelagem termodinâmica computacional de ligas multicomponentes cúbicas de corpo centrado para armazenagem de hidrogênioComputational thermodynamic modeling of body centered cubic multicomponent alloys for hydrogen storageinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600568abd57-0e60-4552-b88c-e4fa0419bac1reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALOtávio Abreu Pedroso - Dissertação.pdfOtávio Abreu Pedroso - Dissertação.pdfapplication/pdf22520016https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15880/1/Ot%c3%a1vio%20Abreu%20Pedroso%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf82d1847c65c605e894fa1f1c73c46c70MD51BCO carta comprovante autoarquivamento P.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento P.pdfapplication/pdf1009032https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15880/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20P.pdfb0a21f412fe6d5cee6d626c3ab36ab64MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15880/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTOtávio Abreu Pedroso - Dissertação.pdf.txtOtávio Abreu Pedroso - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain178035https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15880/4/Ot%c3%a1vio%20Abreu%20Pedroso%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf.txtc04e3293ec1d2355047a37fd3e23777fMD54BCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.txtExtracted texttext/plain1https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15880/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20P.pdf.txt68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD56THUMBNAILOtávio Abreu Pedroso - Dissertação.pdf.jpgOtávio Abreu Pedroso - Dissertação.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6377https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15880/5/Ot%c3%a1vio%20Abreu%20Pedroso%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf.jpg8aa61285c8945c6546696692f2ff7bf0MD55BCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg13783https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15880/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20P.pdf.jpg77e1b2ea8c435e1a2ee76be32d661f52MD57ufscar/158802023-09-18 18:32:18.656oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/15880Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:18Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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