Produção e caracterização de ligas do sistema Ti-V-Nb-Cr-Mn para armazenamento de hidrogênio

Abstract

Tendo em vista o cenário atual de crescente preocupação com os impactos e emissões gerados por fontes não-renováveis de energia, bem como o seu esgotamento, a busca por fontes alternativas de energia tem se intensificado. Uma das opções mais promissoras é o hidrogênio por ter a maior razão de energia por massa dentre os combustíveis conhecidos e o fato de o subproduto do seu consumo ser a água. Entretanto a sua baixa densidade em temperatura ambiente resulta numa baixa energia por unidade de volume, de forma que o desenvolvimento de métodos para seu armazenamento é crucial para viabilizar sua aplicação. O hidrogênio pode ser armazenado em seus diferentes estados. No que diz respeito ao armazenamento no estado sólido, os hidretos metálicos se apresentam como uma alternativa segura e promissora. O desempenho de um material para essa aplicação depende de aspectos como o número de átomos de hidrogênio absorvidos por átomo do material e as taxas de absorção e dessorção de hidrogênio. Já esses aspectos são influenciados por características microestruturais como tamanho de grão, adição de elementos de liga, número de interstícios e deformação da sua rede cristalina. Hidretos de metais com estruturas cúbicas de corpo centrado, que possuem um número maior de interstícios por átomo, e fases de Laves, têm apresentado alta capacidade de armazenamento de hidrogênio à temperatura ambiente. Nesse contexto as ligas de alta entropia (LAE) se mostram promissoras, consistindo em ligas multicomponentes nas quais o controle da entropia configuracional do sistema, a incompatibilidade de tamanho atômico, a entalpia de mistura e a eletronegatividade permitem projetar microestruturas formadas por soluções sólidas multicomponentes, acompanhadas ou não de compostos intermetálicos. Neste projeto, ligas de alta entropia do sistema Ti-V-Nb Cr-Mn foram produzidas pela técnica de moagem de alta energia. O efeito do teor de cromo e manganês na microestrutura e na formação de soluções sólidas e fases de Laves foi avaliado pelas técnicas de difração de raios-X e microscopias óptica e eletrônica de varredura. Apesar de uma contaminação por Fe, as fases CCC e Laves foram formadas, conforme antecipado nas simulações termodinâmicas, para as ligas Ti35V35Nb20Cr5Mn5 e Ti12V15Nb15Cr29Mn29, indicando o potencial do sistema e do método para a elaboração de ligas de alta entropia para armazenagem de hidrogênio. Os resultados foram mais perceptíveis com o aumento do tempo de moagem e também para maiores contribuiçõe de Cr e Mn no sistema.