Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-01-11T10:20:01Z No. of bitstreams: 1 DissSMOD.pdf: 1316873 bytes, checksum: 17ca9e42efe1b5269cde2ae092a49a4a (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2017-01-13T19:26:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissSMOD.pdf: 1316873 bytes, checksum: 17ca9e42efe1b5269cde2ae092a49a4a (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2017-01-13T19:26:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissSMOD.pdf: 1316873 bytes, checksum: 17ca9e42efe1b5269cde2ae092a49a4a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-13T19:26:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissSMOD.pdf: 1316873 bytes, checksum: 17ca9e42efe1b5269cde2ae092a49a4a (MD5) Previous issue date: 2016-05-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Hydrogen is considered the energy carrier of the future, due to its high energy content and the possibility of its sustainable production. However, its broader implementation depends on overcoming of several technological challenges, which includes the development of safe and effective storage solutions. In the recent decades, different hydrogen storage materials (HSM) have been investigated for hydrogen storage in the solid state, such as simple hydrides, borohydrides, metalorganic frameworks (MOFs), alanates, intermetallic alloys, ammonia borane, and carbon-based compounds. Technological advances in HSM can be monitored from the patent document analysis applying bibliometrics coupled with text mining. In this study, the stage of the technology life cycle was evaluated, as well as the most prominent HSM and the role of different countries on this subject. Patent data were recovered from the Derwent Innovations Index database (DII), processed in bibliometric software VantagePoint® and used for the preparation of technical indicators. Patents in HSM decreased after 2007, except in China. The territories with more expressive patenting activity were the US, Japan, China and the European Union. Simple hydrides and borohydrides were the main classes for triadic patents in the US and EU, while Japan had a high participation in solid solution alloys. Despite its high number of patent applications, China has no triadic patents on HSM, raising doubts about the technological value of its domestic patents. The life-cycle assessment seems to show that the current stage is between the first prototype experiments in the market and a more spread use of the technologies; however, continued monitoring on the subject is necessary for a more accurate analysis. / O hidrogênio é considerado o vetor energético do futuro, devido ao seu alto teor energético e possibilidade de produção sustentável. No entanto, sua implementação mais ampla depende da superação de desafios tecnológicos, especialmente para o seu armazenamento em um sistema seguro, compacto, de baixo peso e alta capacidade gravimétrica. Nas ultimas décadas, diferentes materiais armazenadores de hidrogênio (MAH) tem sido investigados, tais como hidretos simples, borohidretos, redes metalorgânicas (MOFs), alanatos, ligas intermetálicas AB5, amônia borano, e compostos baseados em carbono. Os avanços tecnológicos em MAH podem ser monitorados a partir de análise de documentos de patentes aplicando bibliometria e auxiliados por mineração de textos. Neste trabalho, foi avaliado o estágio do ciclo de vida tecnológico, os MAH mais proeminentes e o papel dos diferentes países patenteadores neste assunto. Os documentos de patentes foram recuperados da base de dados Derwent Innovations Index (DII), processados no software bibliométrico VantagePoint® e serviram para a elaboração dos indicadores tecnológicos. As patentes em MAH diminuíram após 2007, exceto na China. Os principais territórios patenteadores foram os EUA, Japão, China e a União Europeia. Os hidretos simples e borohidretos foram as classes principais nas patentes triádicas dos EUA e União Européia, enquanto o Japão teve uma alta participação em ligas de solução sólida. Apesar do alto pedido de patentes, a China não tem patentes triádicas em MAH, levantando dúvidas sobre o valor tecnológico de seu patenteamento doméstico. A análise do ciclo de vida parece mostrar que o estágio atual se encontra entre as primeiras experiências de protótipos no mercado e implantação mais ampla; entretanto, a continuidade do monitoramento é necessária para uma análise mais precisa.

Neste trabalho avaliou-se a ação positiva da substituição de lantânio por praseodímio e de lantânio por magnésio na performance eletroquímica de eletrodos de ligas de armazenamento de hidrogênio em estado bruto de fusão e com tratamento térmico. O La foi substituído por Mg nas ligas La0,7-xMgxPr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x=0,0-0,7) e por Pr nas ligas La0,7-yPryMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (y=0,0-0,7). Os parâmetros eletroquímicos analisados foram ativação, capacidade de descarga, retenção da capacidade de descarga, autodescarga e alta taxa de descarga. As ligas apresentaram comportamento passivo em relação à corrosão. As análises por MEV/EDS e por DRX com refinamento por Rietveld revelaram a presença majoritária de fases similares às fases LaNi5, PrNi5, LaMg2Ni9 e PrMg2Ni9 em função das composições das ligas estudadas. Os parâmetros de rede e os volumes da célula unitária das fases diminuíram com a substituição crescente de La por Mg e de La por Pr. As capacidades de descarga máxima decresceram com a substituição crescente de La por Mg e de La por Pr, acompanhando o decréscimo da abundância da fase similar à fase LaNi5 e o aumento da abundância da fase similar à fase LaMg2Ni9. Comparativamente, menores taxas de autodescarga e maior estabilidade cíclica foram observadas para o eletrodo da liga na condição x=0,1, ao passo que o eletrodo da liga na condição y=0,0 apresentou maiores valores de alta taxa de descarga, indicando melhor performance cinética. / In this work, the positive action of the substitution of lanthanum by praseodymium and lanthanum by magnesium in the electrochemical performance of the as-cast and annealed hydrogen storage alloys electrodes had been evaluated. La was replaced by Mg in La0.7-xMgxPr0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 (x=0.0-0.7) alloys and by Pr in La0.7-yPryMg0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 (y=0.0-0.7) alloys. The electrochemical parameters analyzed were activation, discharge capacity, discharge capacity retention, self-discharge rate and high-rate dischargeability. The alloys showed a passive corrosion behavior. The analyses by SEM/EDS and XRD with Rietveld refinement revealed the majority presence of LaNi5, PrNi5, LaMg2Ni9 and PrMg2Ni9 similar reference phases depending on the compositions of the studied alloys. The lattice parameters and cell volumes of the component phases decreased with increasing substitution of La for Mg and with La for Pr. The maximum discharge capacity decreased with increasing substitution of La for Mg and with La for Pr, following the decrease in the abundance of LaNi5 similar phase and the increase in the abundance of to the LaMg2Ni9 similar phase. Lower self-discharge rates were observed for the alloy electrode when x=0.1, while higher high-rate dischargeability for the alloy electrode when y=0.0 indicated better kinetic performance, comparatively.

Neste trabalho, avaliou-se o efeito da substituição parcial do Ni pelos elementos Co, Cu e Sn, e do La e Mg pelo Pr em ligas do tipo AB5 para as ligas nominais La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Cu0,5Ni3,8, La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 e La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Sn0,5Ni3,8, La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8, Pr0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 sem e com tratamento térmico de 750° e 850°C por 9 e 16 horas. Estas ligas absorvedoras de hidrogênio foram utilizadas como material ativo em eletrodos negativos de baterias de Ni-HM. Avaliou-se a influência destas substituições e do tratamento térmico na microestrutura e nas propriedades eletroquímicas nas ligas. A substituição parcial do Ni pelo Co com o tratamento térmico de 750°C por 16 horas apresentou duas novas fases Al6Mn e PrCo13. Na substituição parcial do Ni pelo Sn formou a fase LaNi2Sn2 na liga. Utilizou-se caracterização de raios-X com refinamento de Rietveld para quantificar as fases em cada composição. Mediu-se a absorção de hidrogênio utilizando um Aparato Sieverts para obtenção das curvas PCT. Observou-se que as ligas La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 e La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 apresentaram as melhores capacidades de absorção de hidrogênio. Verificou-se o comportamento destas ligas na capacidade de descarga, estabilidade cíclica das baterias de Ni-HM. Comparando as ligas, a maior capacidade de descarga medida foi para a substituição parcial do Ni pelo Co, alcançando 406,1 mAh após o tratamento térmico de 850° C por 16 horas. A melhor capacidade de absorção obtida na analise de PCT, foi para a liga La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 com valor de H/M de 0,980. Também, foi avaliada uma correlação das propriedades eletroquímicas com a capacidade de absorção obtida na analise da curva PCT. / In this work, it was evaluated the effect of the partial substitution of Ni by the elements Co, Cu and Sn and of the La and Mg by the Pr in type AB5 alloys to the nominal alloys La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Cu0,5Ni3,8, La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8, La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Sn0,5Ni3,8, La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 and Pr0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8, as castting and with annealing treatment of 750 °C and 850 °C for 9 and 16 hours. These hydrogen-absorbing alloys were used as active material on negative electrodes of Ni-HM batteries. The influence of these substitutions and the annealing treatment on the microstructure and on the electrochemical properties in the alloys was evaluated. The partial substitution of Ni by Co with the annealing treatment of 750 °C for 16 hours presented two new phases Al6Mn and PrCo13. In the partial substitution of Ni by Sn formed the LaNi2Sn2 phase in the alloy. It was characterized by X-ray diffraction using Rietveld\'s refinement to quantify the phases in each composition. Hydrogen absorption was measured using the Sieverts apparatus to obtain the PCT curves. It was observed that the alloys La0,7Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 and La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8, presented the best capacities of hydrogen absorption. The behavior of these alloys in the discharge capacity, the cyclic stability of the Ni-HM batteries, was verified. Comparing the alloys, the biggest discharge capacity measured was for the partial substitution of Ni by Co alloy, reaching 406.1 mAh after the annealing treatment of 850 °C for 16 hours. The finest absorption capacity obtained in the PCT analysis was for the La0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 alloy with an H/M value of 0.980. Also, a correlation of the electrochemical properties with the absorption capacity obtained in the analysis of the PCT curve was evaluated.

Neste trabalho avaliou-se a ação positiva da substituição de lantânio por praseodímio e de lantânio por magnésio na performance eletroquímica de eletrodos de ligas de armazenamento de hidrogênio em estado bruto de fusão e com tratamento térmico. O La foi substituído por Mg nas ligas La0,7-xMgxPr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x=0,0-0,7) e por Pr nas ligas La0,7-yPryMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (y=0,0-0,7). Os parâmetros eletroquímicos analisados foram ativação, capacidade de descarga, retenção da capacidade de descarga, autodescarga e alta taxa de descarga. As ligas apresentaram comportamento passivo em relação à corrosão. As análises por MEV/EDS e por DRX com refinamento por Rietveld revelaram a presença majoritária de fases similares às fases LaNi5, PrNi5, LaMg2Ni9 e PrMg2Ni9 em função das composições das ligas estudadas. Os parâmetros de rede e os volumes da célula unitária das fases diminuíram com a substituição crescente de La por Mg e de La por Pr. As capacidades de descarga máxima decresceram com a substituição crescente de La por Mg e de La por Pr, acompanhando o decréscimo da abundância da fase similar à fase LaNi5 e o aumento da abundância da fase similar à fase LaMg2Ni9. Comparativamente, menores taxas de autodescarga e maior estabilidade cíclica foram observadas para o eletrodo da liga na condição x=0,1, ao passo que o eletrodo da liga na condição y=0,0 apresentou maiores valores de alta taxa de descarga, indicando melhor performance cinética. / In this work, the positive action of the substitution of lanthanum by praseodymium and lanthanum by magnesium in the electrochemical performance of the as-cast and annealed hydrogen storage alloys electrodes had been evaluated. La was replaced by Mg in La0.7-xMgxPr0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 (x=0.0-0.7) alloys and by Pr in La0.7-yPryMg0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 (y=0.0-0.7) alloys. The electrochemical parameters analyzed were activation, discharge capacity, discharge capacity retention, self-discharge rate and high-rate dischargeability. The alloys showed a passive corrosion behavior. The analyses by SEM/EDS and XRD with Rietveld refinement revealed the majority presence of LaNi5, PrNi5, LaMg2Ni9 and PrMg2Ni9 similar reference phases depending on the compositions of the studied alloys. The lattice parameters and cell volumes of the component phases decreased with increasing substitution of La for Mg and with La for Pr. The maximum discharge capacity decreased with increasing substitution of La for Mg and with La for Pr, following the decrease in the abundance of LaNi5 similar phase and the increase in the abundance of to the LaMg2Ni9 similar phase. Lower self-discharge rates were observed for the alloy electrode when x=0.1, while higher high-rate dischargeability for the alloy electrode when y=0.0 indicated better kinetic performance, comparatively.