1 Introdução

Os hidretos metálicos são materiais desenvolvidos como alternativas aos sorventes porosos tradicionais, que armazenam hidrogénio em condições físicas acessíveis. Propriedades importantes para hidretos metálicos que podem ser calculadas a partir de dados de absorção de hidrogénio incluem a entalpia, a entropia e a energia livre de Gibbs, que podem ser correlacionadas ou relacionadas com a gama de temperatura e pressão de aplicabilidade do material.

Por exemplo, a liga metálica Hydralloy, com a composição Ti0,955Zr0,045Mn1,52V0,43Fe0,12Al0,03, é capaz de incorporar hidrogénio na sua rede cristalina em sítios intersticiais para formar um composto de hidreto metálico (tipicamente, o H2 adsorve, divide-se, cede um eletrão e difunde-se como um protão na estrutura da rede do material). A vantagem deste e de hidretos metálicos semelhantes é que a saturação do hidrogénio ocorre a pressões e temperaturas ambiente moderadas.

Os hidretos metálicos são medidos e reportados numa Isoterma Pressão-Composição (PCI), também chamada de gráfico Pressão-Concentração-Temperatura (PCT), onde a pressão é representada no eixo y (por vezes logaritmicamente) e a absorção é mostrada no eixo x. A uma determinada pressão, o material pré-hidreto começará a absorver hidrogénio e a pressão manter-se-á quase constante. Esta pressão de plateau altera-se com a temperatura e pode apresentar histerese (diferente pressão de plateau) quando o hidrogénio é libertado (dessorvido).

O iSorb HP destaca-se na medição de materiais porosos onde a fisissorção de hidrogénio desempenha um papel importante no armazenamento de hidrogénio a bordo – mas estes materiais requerem normalmente alta pressão e baixa temperatura. O iSorb HP é também capaz de caracterizar os hidretos metálicos em termos de absorção e das propriedades calculadas a partir destes dados, podendo ser uma ferramenta vital para a caracterização de materiais e o avanço de materiais para armazenamento de hidrogénio a bordo.

2 Experimental

Sample Preparation

A type I meso cell (4.2 cm3 volume) was loaded with 5.1892 g of Hydralloy in the form of granulated metal chunks (> 0.1 mm). The sample cell was connected to the iSorb using a 0.5 μm VCR gasket to reduce elutriation. The sample was treated using the two 2 Experimental
 

Preparação da Amostra

Uma mesocélula do tipo I (volume de 4,2 cm³) foi carregada com 5,1892 g de liga hidral sob a forma de pedaços metálicos granulados (> 0,1 mm). A célula de amostra foi ligada ao iSorb utilizando uma junta VCR de 0,5 μm para reduzir a elutriação. A amostra foi tratada utilizando as duas sequências descritas abaixo. A funcionalidade Sequência permite ao utilizador preparar a amostra antes da análise. Neste exemplo, o material granular foi pulverizado através da têmpera rápida da amostra com água gelada e ciclagem de hidrogénio acima da sua pressão de plateau.

Análise da Amostra

Foi utilizado o grau analítico H2 para as análises, que foram realizadas a 40 °C e 50 °C utilizando o banho de recirculação Dewar para manter a temperatura de análise. Entre as análises, a amostra foi desgaseificada a 45 °C durante 12 horas, utilizando o mesmo banho Dewar de recirculação. O modo de dose de alta pressão do iSorb foi utilizado para recolher isotermas até uma pressão de 75 bar, utilizando os parâmetros de equilíbrio apresentados abaixo. A configuração da análise é apresentada na Tabela 1.
 

Passivação/Limpeza da Amostra

É necessário ter cuidado no final da experiência, pois o tamanho das partículas da amostra foi reduzido a um pó fino e o metal está num estado reduzido. Passive a amostra utilizando uma Sequência, introduzindo ar a 0,5 bar, enquanto a amostra é mantida a 20 °C.

3 Resultados: PCT, Cinética, Termodinâmica
 

Os gráficos de PCT da liga de hidra são apresentados na Figura 3. A pressão de plateau a 40 °C situa-se entre 15 e 23 bar para a absorção e ligeiramente inferior (12 a 18 bar) para o ramo de dessorção. A 50 °C, a pressão de plateau aumentou de 20 para 30 bar para a absorção e de 17 para 23 bar para a dessorção. Este hidreto metálico é ideal para absorver hidrogénio a temperaturas próximas da ambiente, e a absorção atinge quase 1,5% em peso na região de planalto. Para esta amostra, o hidrogénio pode ser absorvido a baixa temperatura e armazenado a uma temperatura mais elevada.
 

A cinética de absorção de hidrogénio pode ser monitorizada em cada dose durante a análise. O exemplo apresentado na Figura 4 mostra a cinética da Dose 19 a partir da análise a 40 °C. A queda inicial de 30,5 bar para 28,2 bar pode dever-se à expansão do gás para a câmara da amostra e à sua adsorção na superfície do material. De seguida, a pressão continua a diminuir até que o equilíbrio Os requisitos são atingidos a uma pressão de 25,7 bar após 480 minutos. O alcance das condições de equilíbrio definidas ocorreu durante o processo de absorção. Note-se que condições mais rigorosas poderiam ter prolongado a duração.

Verifica-se uma alteração da pressão de plateau de 40 °C para 50 °C. As funções de estado energia livre de Gibbs, entalpia e entropia podem ser determinadas porque descrevem o estado de equilíbrio do sistema termodinâmico. A Figura 5 mostra a utilização do software iSorb para determinar estes valores. Durante a região de plateau da isoterma, o valor da energia livre de Gibbs mantém-se em torno dos -30 kJ/mol, o que indica condições de reação favoráveis, como se pode observar na Figura 5.