Orientador: Marcus Guenter Zwanziger / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-16T23:37:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_EnnioPeresda_M.pdf: 1811329 bytes, checksum: 7874b22e7de25b1e31c715e88fd5ea09 (MD5) Previous issue date: 1981 / Resumo: A utilização do hidrogênio como matéria prima ou como vetor energético requer uma solução apropriada ao problema de seu armazenamento. O armazenamento a altas pressões e/ou baixas temperaturas não são satisfatórias, uma vez que requerem instalações especiais e exigem muita energia no processo. Uma solução possível e bastante promissora se refere à utilização de certas ligas metálicas que possuem a propriedade de formarem hidretos relativamente instáveis. Nesse caso consegue-se armazenar hidrogênio a uma densidade superior ao hidrogênio liquido à temperatura ambiente e a baixas pressões. Neste trabalho apresentamos um relato sucinto das teorias correntes relativas à forma com que o hidrogênio se apresenta no interior da rede metálica e à aplicação da regra de Van't Hoff para determinar-se as propriedades termodinâmicas dos hidretos metálicos. Fundimos ligas metálicas de Magnésio-Níquel com diversas percentagens de níquel, contendo pequenas quantidades de terras raras. As amostras foram analisadas por Metalografia ótica, Microscopia Eletrônica e Espalhamento de Raios-X em Pó, determinando-se suas composições e processos de formação. Estabeleceram-se suas propriedades relevantes às aplicações no armazenamento de hidrogênio: capacidade de armazenagem, velocidades de absorção/dessorção, temperatura de trabalho, pressões de equilíbrio, propriedades termodinâmicas. Uma liga foi selecionada para produção em massa. Desenvolveu-se processo de produção dessa liga em quantidade considerável. O produto foi utilizado na construção de um tanque de armazenamento de hidrogênio desenhado para ser instalado em veículo automotivo, que foi testado e correspondeu às expectativas de projeto. O tanque pesa 46,3 Kg, ocupa um volume de 21 l, e retém 10 Nm3 de hidrogênio a 1 atm e 20°C / Abstract: The massive and common use of hydrogen as an energy carrier requires an adequate solution to the problem of storing it. High pressures or low temperatures are not entirely satisfactory, having each a limited range of applications. Reversible metal hydrides cover a range of applications intermediate to high pressure gas and low temperature liquid hydrogen, retaining very favorable safety and energy density characteristics, both for mobile and stationary applications. This work demonstrates the technical viability of storing hydrogen in metal hydrides of magnesium-nickel alloys. Al so, it shows that technology, a product of science, can be generated within an academic environment, of the goal is clear, the demand outstanding and the means available. We review briefly theoretical models relating to metal hydride properties, specially the thermodynamics properties relevant to this work. We report our experimental results on hydrides of magnesium-nickel alloys of varions compositions including data on structure, hydrogen storage capacities, reaction kinetics, pressure-composition isotherms. We selected a promising alloy for mass production, built and tested a modular storage tank basead on the hydrides of the alloy, with a capacity for storing 10 Nm3 of hydrogen of 1 atm and 20°C. The tank weighs 46,3 Kg and has a volume of 21 l / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientadores: Munir Salomão Skaf, Vitor Rafael Coluci / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T20:42:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Faro_TatianaMellodaCosta_D.pdf: 8054394 bytes, checksum: ce0d79df42ce453ffc39b51bf0ad1094 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Atualmente, a economia mundial depende do uso de combustíveis fósseis para a geração de energia. Esse modelo apresenta problemas ambientais graves, uma vez que o petróleo é um material não-renovável e muito poluente. O gás hidrogênio apresenta-se como uma alternativa promissora para substituir os combustíveis utilizados atualmente devido a um conjunto de características positivas: ele é atóxico, tem uma alta densidade energética gravimétrica e gera apenas água como produto de sua combustão. Apesar de tais vantagens, ele ainda não é utilizado comercialmente em larga escala. O maior empecilho tecnológico para que o hidrogênio possa substituir os combustíveis fósseis está no seu armazenamento. Existem diversas propostas para armazenar o hidrogênio, como tanques contendo o hidrogênio nas formas de gás pressurizado ou de líquido, além de sistemas sólidos que permitam a sua adsorção. Todavia, nenhum sistema construído até então foi capaz de armazenar o hidrogênio de forma tão barata, segura e eficaz quanto seria necessário. Nanoestruturas de carbono são vistas como uma boa alternativa para construir dispositivos de armazenamento de hidrogênio baseados na fisissorção. Os nanopapiros de carbono, formados por folhas de grafeno enroladas no formato de um papiro, são considerados particularmente promissores para armazenar o hidrogênio, uma vez que possuem uma alta área superficial, extremidades abertas e distâncias intercamadas facilmente controláveis. Na primeira etapa deste trabalho, realizamos simulações de Dinâmica Molecular (MD) para estudar a dinâmica e a estabilidade de diversos nanopapiros em função de alguns dos seus parâmetros estruturais. Posteriormente, aplicamos o método de Monte Carlo Grand-Canônico (GCMC) para estudar o processo de adsorção de hidrogênio em nanopapiros selecionados, de forma a caracterizar quantitativamente e qualitativamente as fases adsorvidas / Abstract: Presently, the world economy depends on the use of fossil fuels to generate energy. This model presents serious environmental problems, since petroleum is a non-renewable and very pollutant material. Hydrogen gas presents itself as a promising alternative to substitute the fuels currently used due to a few positive characteristics: it is non-toxic, possesses a high gravimetric energetic density and only generates water as a combustion byproduct. In spite of all these advantages, hydrogen still isn't used commercially in a large scale. The biggest technological drawback for hydrogen to substitute fossil fuels is in its storage. There are many proposed ways to store hydrogen, such as tanks containing highly pressurized or liquid hydrogen, or solid systems that allow its adsorption. However, no system built up to the date had been able to store hydrogen as cheap, safe and efficiently as necessary. Carbon nanostructures are seen as a good alternative to build hydrogen storage devices based on physisorption. Carbon nanoscrolls, formed by graphene sheets scrolled in a papirus-like shape, are considered as particularly promising adsorption materials, since they possess a high surface area, open edges and easily controllable interlayer distances. In the first step of this work, we made Molecular Dynamics (MD) simulations to study the dynamics and the stability of several nanoscrolls as a function of their structural parameters. Subsequently, we used the Grand-Canonical Monte Carlo (GCMC) method to study the hydrogen adsorption process in selected nanoscrolls, as to characterize the adsorbed phases quantitatively and qualitatively / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências