Preparación, estudio y optimización de amiduros de litio y magnesio para almacenamiento de hidrógeno
El desarrollo de esta Tesis de Doctorado en Ciencias de la Ingeniería se centró en el estudio de materiales compuestos para almacenamiento de hidrógeno basado en amiduros, tanto de litio como de magnesio, con propiedades optimizadas para su empleo eficiente en aplicaciones móviles. En una primer...
Guardado en:
| Autor principal: | |
|---|---|
| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2018
|
| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/729/1/1Amica.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | El desarrollo de esta Tesis de Doctorado en Ciencias de la Ingeniería se
centró en el estudio de materiales compuestos para almacenamiento de hidrógeno
basado en amiduros, tanto de litio como de magnesio, con propiedades optimizadas
para su empleo eficiente en aplicaciones móviles.
En una primera parte, se estudió el sistema Li-N-H y se introdujeron mejoras
en el proceso de síntesis del material LiNH_2-LiH. Se analizó sistemáticamente el
efecto del agregado de diferentes hidruros (MgH_2, CaH_2 y TiH_2) sobre la cinética y la
estabilidad luego de numerosos ciclos de absorción/desorción de hidrógeno. Para
cada sistema, se presentó una propuesta de camino de reacción y pudo afirmarse
que la deshidrogenación del material LiNH_2-1,6LiH, con y sin aditivos, presenta un
control difusivo. Si bien se demostró la potencialidad del sistema Li-N-H como
almacenador de hidrógeno, se concluyó que la principal limitación es su alta
temperatura de operación. La demostración de la modificación favorable de la
termodinámica del sistema Li-N-H con la incorporación de Mg, sugirió la importancia
del análisis de sistemas pseudo-cuaternarios, conteniendo Li y Mg.
En una segunda parte, en la exploración del sistema Li-Mg-N-H, se estudió el
material compuesto Mg(NH_2)_2-2LiH y se investigó el efecto de la presencia de un
conductor iónico rápido de litio (Li_4(NH_2)_3BH_4) en su deshidrogenación. El rol catalítico
de esta fase permitió justificar las grandes mejoras observadas en las velocidades de
deshidrogenación y rehidrogenación del material. Si bien no fue posible garantizar la
desestabilización termodinámica por la dificultad en alcanzar condiciones de medición
en el equilibrio, el estudio de sucesivas isotermas de presión–composición junto con
la caracterización estructural de los materiales en diferentes etapas del proceso de
deshidrogenación, permitió la reconstrucción de las vías de reacción, demostrando la
participación activa de la fase Li_4(NH_2)_3BH_4 en diferentes reacciones. Sobre las
mediciones de deshidrogenación de este material compuesto, se analizaron los
procesos limitantes de la velocidad de reacción. A partir de la combinación de dos
modelos cinéticos, un mecanismo de nucleación y crecimiento que ajusta los valores
experimentales a bajas conversiones y un modelo difusivo tridimensional, a altas, se
presentaron las ecuaciones que describen la velocidad de desorción del sistema en
función del grado de avance de la reacción y de la presión. Adicionalmente, se
mostraron estudios relacionados con la desestabilización de la fase Li_4(NH_2)_3BH_4
mediante el dopaje con LiH y el uso de catalizadores a base de Co y Ni.
Finalmente, se analizaron las perspectivas económicas relacionadas con la
factibilidad del empleo del hidrógeno como vector energético en una aplicación móvil,
considerando el costo del hidrógeno, el del tanque almacenador y el de la matriz
sólida optimizada estudiada en el Capítulo 4 de esta Tesis. Además se realizó una
comparación con las tecnologías que utilizan hidrógeno almacenado a alta presión.
En síntesis, la presente Tesis proporciona estudios sobre matrices sólidas
almacenadoras de hidrógeno de los sistemas Li-N-H y Li-Mg-N-H, aportando
conocimiento no solo acerca de sus características microestructurales y estructurales,
sino también del entendimiento de su termodinámica y cinética de la interacción con
hidrógeno. Al tratarse de sistemas que pueden almacenar una cantidad suficiente de
hidrógeno con propiedades termodinámicas y cinéticas prometedoras respecto a las
otras clases de materiales complejos, resultan muy atractivos para ser utilizados en
aplicaciones a bordo en vehículos con celdas de combustible.
La necesidad global de diversificar la matriz energética le confiere al H_2 un rol
fundamental como vector energético capaz de crear una economía alternativa a la
actual basada en combustibles fósiles. |
|---|