Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Aranda, Vinícius
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17464
Resumo: Hydrogen is critical for storage and transport of renewable energy. Because it is low-density gas, one of the biggest challenges of its widespread use as an energy vector is in its hardly storage. Metal hydrides are strategic materials for the implementation of hydrogen-based energy in our society, since they can both be used in solid-state storage tanks, enhancing the volumetric energy density of hydrogen, and in Ni-metal hydrides type batteries. The hydrogen storage properties of metals are strongly dependent on their chemical composition, and for this reason, high entropy alloys or multi-component alloys capable to form metal hydrides have attracted attention. The wide compositional field of multi-component alloys allows engineers and materials scientists to design alloys with optimized properties to each specific application. In this regard, the aim of this master’s project was to produce, characterize and evaluate the hydrogen storage properties of the (TiNb)(CrMnFe)2 alloy, derived from the TiZrCrMnFeNi alloy reported previously in the literature and with promising properties. The (TiNb)(CrMnFe)2 arc-melted alloy showed a single-phase Laves phase structure pf C14-type. The hydrogen storage properties were assessed in the solid-gas and electrochemical reaction in alkaline aqueous solution, which occur in batteries, and compared with those of the TiZrCrMnFeNi alloy. The (TiNb)(CrMnFe)2 shows a high equilibrium pressure at room temperature with a capacity of 0.18 H/M at 80 bars. These results were discussed based on a thermodynamic model for predicting the pressure-composition-temperature diagrams of alloys with Laves phase structure of C14-type. The alkaline electrochemistry behavior of both alloys was quite similar. The equilibrium hydrogen absorption pressure of the (TiNb)(CrMnFe)2 alloy is much higher than that of the TiZrCrMnFeNi, and since these pressures are above 1 bar, electrochemical hydrogenation indicates low absorption capacity for both.
id SCAR_5653e74cdefe6d4acd8c7270da6901e5
oai_identifier_str oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/17464
network_acronym_str SCAR
network_name_str Repositório Institucional da UFSCAR
repository_id_str 4322
spelling Aranda, ViníciusZepon, Guilhermehttp://lattes.cnpq.br/7924187202036614Leiva, Daniel Rodrigohttp://lattes.cnpq.br/6576844591900987http://lattes.cnpq.br/96542254854803167e405bc2-f644-4ea7-909d-53122543a7832023-03-09T11:53:28Z2023-03-09T11:53:28Z2023-02-24ARANDA, Vinícius. Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14. 2023. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17464.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17464Hydrogen is critical for storage and transport of renewable energy. Because it is low-density gas, one of the biggest challenges of its widespread use as an energy vector is in its hardly storage. Metal hydrides are strategic materials for the implementation of hydrogen-based energy in our society, since they can both be used in solid-state storage tanks, enhancing the volumetric energy density of hydrogen, and in Ni-metal hydrides type batteries. The hydrogen storage properties of metals are strongly dependent on their chemical composition, and for this reason, high entropy alloys or multi-component alloys capable to form metal hydrides have attracted attention. The wide compositional field of multi-component alloys allows engineers and materials scientists to design alloys with optimized properties to each specific application. In this regard, the aim of this master’s project was to produce, characterize and evaluate the hydrogen storage properties of the (TiNb)(CrMnFe)2 alloy, derived from the TiZrCrMnFeNi alloy reported previously in the literature and with promising properties. The (TiNb)(CrMnFe)2 arc-melted alloy showed a single-phase Laves phase structure pf C14-type. The hydrogen storage properties were assessed in the solid-gas and electrochemical reaction in alkaline aqueous solution, which occur in batteries, and compared with those of the TiZrCrMnFeNi alloy. The (TiNb)(CrMnFe)2 shows a high equilibrium pressure at room temperature with a capacity of 0.18 H/M at 80 bars. These results were discussed based on a thermodynamic model for predicting the pressure-composition-temperature diagrams of alloys with Laves phase structure of C14-type. The alkaline electrochemistry behavior of both alloys was quite similar. The equilibrium hydrogen absorption pressure of the (TiNb)(CrMnFe)2 alloy is much higher than that of the TiZrCrMnFeNi, and since these pressures are above 1 bar, electrochemical hydrogenation indicates low absorption capacity for both.O hidrogênio é fundamental para o armazenamento e transporte de energias renováveis. Por ser um gás de baixa densidade, sua armazenagem é desafiadora para seu amplo uso como vetor energético. Hidretos metálicos são materiais estratégicos para a implementação da energia baseada no hidrogênio, pois podem tanto ser utilizados em tanques de armazenagem no estado sólido, aumentando a densidade volumétrica de energia do hidrogênio, como em baterias do tipo Ni-hidreto metálico. As propriedades de armazenagem de hidrogênio de metais são fortemente dependentes de sua composição química e, por esta razão, ligas de alta entropia ou ligas multicomponentes capazes de formarem hidretos metálicos tem chamado a atenção. O vasto campo composicional de ligas multicomponentes permite que engenheiros e cientistas de materiais projetem ligas com propriedades otimizadas para cada aplicação específica. Portanto, o objetivo deste projeto de mestrado foi de produzir, caracterizar e avaliar as propriedades de armazenagem de hidrogênio da liga (TiNb)(CrMnFe)2, derivada a partir da liga TiZrCrMnFeNi reportada na literatura e com propriedades promissoras. A liga (TiNb)(CrMnFe)2 produzida em forno à arco apresentou estrutura monofásica de fase Laves do tipo C14. As propriedades de armazenagem de hidrogênio foram avaliadas nas vias sólido-gás e eletroquímica em solução aquosa alcalina, similar as que ocorrem em baterias, e comparadas com as da liga TiZrCrMnFeNi. A liga (TiNb)(CrMnFe)2 apresenta alta pressão de equilíbrio em temperatura ambiente com capacidade de 0,18 H/M em 80 bar. Estes resultados foram comparados com um modelo termodinâmico para previsão dos diagramas pressão-composição-temperatura de ligas com estrutura de fase Laves do tipo C14. O comportamento eletroquímico em meio alcalino das ligas foi muito semelhante. A pressão de equilíbrio de absorção de hidrogênio da liga (TiNb)(CrMnFe)2 é muito superior à da liga TiZrCrMnFeNi, e como estas pressões são acima de 1 bar, a hidrogenação eletroquímica indica baixa capacidade de absorção para ambas.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)88887.601928/2021-002021/00912-6porUniversidade 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/openAccessArmazenagem de hidrogênioHidretos metálicosLigas multicomponentesArmazenagem eletroquímica de hidrogênioHydrogen storageMetal hydridesMulti-component alloysElectrochemical storage of hydrogenENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAAvaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14Evaluation of hydrogen storage properties through solid gas reaction and eletrochemistry of the multi-component (TiNb)(CrMnFe)2 alloy with c14-type laves phase structureinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600568abd57-0e60-4552-b88c-e4fa0419bac1reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALVinícius Aranda - Dissertação .pdfVinícius Aranda - Dissertação .pdfDissertação de Mestrado_Vinícius Arandaapplication/pdf4460149https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17464/2/Vin%c3%adcius%20Aranda%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf137ef61aebcb2e859b158113fc7efcd6MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17464/3/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD53TEXTVinícius Aranda - Dissertação .pdf.txtVinícius Aranda - Dissertação .pdf.txtExtracted texttext/plain142856https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17464/4/Vin%c3%adcius%20Aranda%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf.txt9d6c49944d2168c90d4d1c67ec0d6b2eMD54THUMBNAILVinícius Aranda - Dissertação .pdf.jpgVinícius Aranda - Dissertação .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6950https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17464/5/Vin%c3%adcius%20Aranda%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf.jpgfef440f6c14e5e0e3f04d4402451d5c2MD55ufscar/174642023-09-18 18:32:17.518oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/17464Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:17Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
dc.title.por.fl_str_mv Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Evaluation of hydrogen storage properties through solid gas reaction and eletrochemistry of the multi-component (TiNb)(CrMnFe)2 alloy with c14-type laves phase structure
title Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14
spellingShingle Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14
Aranda, Vinícius
Armazenagem de hidrogênio
Hidretos metálicos
Ligas multicomponentes
Armazenagem eletroquímica de hidrogênio
Hydrogen storage
Metal hydrides
Multi-component alloys
Electrochemical storage of hydrogen
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
title_short Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14
title_full Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14
title_fullStr Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14
title_full_unstemmed Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14
title_sort Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14
author Aranda, Vinícius
author_facet Aranda, Vinícius
author_role author
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9654225485480316
dc.contributor.author.fl_str_mv Aranda, Vinícius
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Zepon, Guilherme
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7924187202036614
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Leiva, Daniel Rodrigo
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/6576844591900987
dc.contributor.authorID.fl_str_mv 7e405bc2-f644-4ea7-909d-53122543a783
contributor_str_mv Zepon, Guilherme
Leiva, Daniel Rodrigo
dc.subject.por.fl_str_mv Armazenagem de hidrogênio
Hidretos metálicos
Ligas multicomponentes
Armazenagem eletroquímica de hidrogênio
topic Armazenagem de hidrogênio
Hidretos metálicos
Ligas multicomponentes
Armazenagem eletroquímica de hidrogênio
Hydrogen storage
Metal hydrides
Multi-component alloys
Electrochemical storage of hydrogen
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Hydrogen storage
Metal hydrides
Multi-component alloys
Electrochemical storage of hydrogen
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
description Hydrogen is critical for storage and transport of renewable energy. Because it is low-density gas, one of the biggest challenges of its widespread use as an energy vector is in its hardly storage. Metal hydrides are strategic materials for the implementation of hydrogen-based energy in our society, since they can both be used in solid-state storage tanks, enhancing the volumetric energy density of hydrogen, and in Ni-metal hydrides type batteries. The hydrogen storage properties of metals are strongly dependent on their chemical composition, and for this reason, high entropy alloys or multi-component alloys capable to form metal hydrides have attracted attention. The wide compositional field of multi-component alloys allows engineers and materials scientists to design alloys with optimized properties to each specific application. In this regard, the aim of this master’s project was to produce, characterize and evaluate the hydrogen storage properties of the (TiNb)(CrMnFe)2 alloy, derived from the TiZrCrMnFeNi alloy reported previously in the literature and with promising properties. The (TiNb)(CrMnFe)2 arc-melted alloy showed a single-phase Laves phase structure pf C14-type. The hydrogen storage properties were assessed in the solid-gas and electrochemical reaction in alkaline aqueous solution, which occur in batteries, and compared with those of the TiZrCrMnFeNi alloy. The (TiNb)(CrMnFe)2 shows a high equilibrium pressure at room temperature with a capacity of 0.18 H/M at 80 bars. These results were discussed based on a thermodynamic model for predicting the pressure-composition-temperature diagrams of alloys with Laves phase structure of C14-type. The alkaline electrochemistry behavior of both alloys was quite similar. The equilibrium hydrogen absorption pressure of the (TiNb)(CrMnFe)2 alloy is much higher than that of the TiZrCrMnFeNi, and since these pressures are above 1 bar, electrochemical hydrogenation indicates low absorption capacity for both.
publishDate 2023
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2023-03-09T11:53:28Z
dc.date.available.fl_str_mv 2023-03-09T11:53:28Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2023-02-24
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv ARANDA, Vinícius. Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14. 2023. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17464.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17464
identifier_str_mv ARANDA, Vinícius. Avaliação das propriedades de armazenagem de hidrogênio através de reação sólido-gás e eletroquímica da liga multicomponente (TiNb)(CrMnFe)₂ com estrutura de Fase Laves tipo C14. 2023. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17464.
url https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17464
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.confidence.fl_str_mv 600
600
dc.relation.authority.fl_str_mv 568abd57-0e60-4552-b88c-e4fa0419bac1
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFSCar
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSCAR
instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
instname_str Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron_str UFSCAR
institution UFSCAR
reponame_str Repositório Institucional da UFSCAR
collection Repositório Institucional da UFSCAR
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17464/2/Vin%c3%adcius%20Aranda%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17464/3/license_rdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17464/4/Vin%c3%adcius%20Aranda%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf.txt
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17464/5/Vin%c3%adcius%20Aranda%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv 137ef61aebcb2e859b158113fc7efcd6
f337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aec
9d6c49944d2168c90d4d1c67ec0d6b2e
fef440f6c14e5e0e3f04d4402451d5c2
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1813715659787337728