Última alteração: 2021-02-25
Resumo
Introdução
Sabe-se que o consumo de energia atual deve dobrar nos próximos anos, tendo em vista o crescimento das economias emergentes. Nesse sentido, a utilização do hidrogênio como vetor energético é muito promissora, permitindo o aproveitamento de energia de forma limpa e sustentável, uma vez que apresenta densidade gravimétrica de energia três vezes maior que a da gasolina e sua combustão resulta apenas na liberação de água. Entretanto, sua armazenagem de forma eficiente e segura ainda é um desafio, tendo em vista sua baixa densidade volumétrica de energia. Dessa forma, a armazenagem na forma de hidretos metálicos é amplamente estudada, buscando-se o desenvolvimento de materiais que armazenam quantidade suficiente de hidrogênio em termos de densidade gravimétrica e volumétrica, possuindo ao mesmo tempo boas propriedades termodinâmicas e cinéticas. Nesse cenário, estudos mostraram que as ligas do sistema ternário TiVCr apresentam propriedades promissoras de armazenagem de hidrogênio, assim como a liga quaternária equiatômica TiVCrNb. Contudo, poucas informações estão disponíveis acerca das propriedades de armazenagem do sistema ternário TiNbCr.
Objetivos
Este trabalho tem como objetivo central sintetizar as ligas TiNbCr e TiVCr e caracterizá-las estruturalmente para futura avaliação e comparação de suas propriedades de armazenagem de hidrogênio.
Metodologia
Foram realizadas simulações termodinâmicas através do método CALPHAD, usando o software Thermo-Calc® e o banco de dados TCHEA3 visando estudar as fases de equilíbrio das ligas TiVCr e TiNbCr. As ligas foram produzidas por moagem de alta energia em diferentes condições e por fusão à arco-elétrico, as quais foram posteriormente caracterizadas estruturalmente por Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura equipada com EDS (Espectroscopia de Energia Dispersiva).
Resultados
Através das simulações termodinâmicas, constatou-se que a liga TiNbCr apresenta campo de estabilidade da fase CCC (monofásico) entre 600 ºC e 1800 ºC, superior ao da liga TiVCr, entre 780 ºC e 1550 ºC, o que indica uma maior faixa de temperatura na qual apenas a fase CCC é estável. A análise por Difração de Raios-X revelou que ambas as ligas apresentam fase majoritária do tipo CCC (cúbica de corpo centrado), sendo que o difratograma da liga TiNbCr possui também alguns picos referentes à Fase Laves do tipo C15, devido a formação de uma pequena fração de (Ti,Nb)Cr2. Já a análise química por EDS demonstrou homogeneidade química nas duas ligas e desvios pequenos das composições químicas medidas em relação as composições teóricas. As propriedades de armazenagem de hidrogênio das ligas serão realizadas em aparatos volumétricos do tipo Silverts, tanto a cinética de absorção em temperatura ambiente quanto a ciclagem de absorção/dessorção das ligas serão avaliadas e comparadas.
Conclusões
A produção das ligas TiVCr e TiNbCr através de moagem de alta energia não é viável devido à grande adesão dos pós metálicos nas paredes da cuba e nas bolas de moagem, resultando em baixíssimos rendimentos de moagem. Quando produzida por fusão a arco, a liga TiVCr possui uma estrutura monofásica CCC. Por outro lado, a liga TiNbCr possui uma estrutura majoritariamente CCC com a presença de uma segunda fase do tipo Laves C15.