Evolución Estructural y de Fase en el Sistema Mg-Al que Conduce a una Temperatura de Desorción de Hidrógeno Más Baja
Autores: Miniyazov, Arman Z.; Mukhamedova, Nuriya M.; Sokolov, Igor A.; Tulenbergenov, Timur R.; Ospanova, Zhanna N.; Uazyrkhanova, Gulzhaz K.; Bekmagambetova, Balzhan Y.; Oken, Ospan; Zhakiya, Riza Y.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Evolución Estructural y de Fase en el Sistema Mg-Al que Conduce a una Temperatura de Desorción de Hidrógeno Más Baja
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Transformaciones estructurales-fase
Cinética de desorción de hidrógeno
Modelado termodinámico
Relación bola-a-polvo
Formación de nanostructuras
Sistemas de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Se llevó a cabo un estudio exhaustivo de las transformaciones estructurales-fásicas y la cinética de desorción de hidrógeno en el sistema Mg56Al44 utilizando un enfoque multietapa que combina modelado termodinámico CALPHAD, Thermo-Calc 2025a, síntesis mecánica (MS), sinterización por plasma de chispa (SPS) y un tratamiento de dispersión posterior. El modelado termodinámico reveló una región de existencia estable del compuesto intermetálico Mg17Al12, que exhibe anomalías Cp-T a 303 y 351 grados C que correspondían estrechamente a los resultados experimentales de DSC/TGA. El análisis microestructural mostró que variar la relación bola-polvo BPR 20:1 y BPR 30:1 determina la densidad de defectos, el tamaño de cristalito de 25-45 nm y la deformación de la red de 1.5-3.0 x 10-3, todos los cuales influyen directamente en la cinética de desorción de hidrógeno. Para las muestras sintetizadas a BPR 30:1, la temperatura de inicio de liberación de hidrógeno disminuyó a 180-200 grados C mientras se mantenía una capacidad de almacenamiento de hidrógeno del 4.9 % en peso, acompañada de una reducción en la energía de activación aparente de desorción de 92 a 74 kJ·mol-1 según el método de Kissinger. La etapa de dispersión interrumpió parcialmente y redistribuyó la capa superficial de MgO, lo que llevó a una reducción en su contribución general y a una mejora en la homogeneidad estructural, en lugar de una eliminación completa del óxido. La ruta de procesamiento combinada MS-SPS-dispersión permitió la formación controlada de nanostructuras, redujo la temperatura de desorción de hidrógeno en aproximadamente 100 grados C en comparación con materiales convencionales basados en MgH2 y mejoró significativamente el rendimiento termocinético. Estos hallazgos demuestran que las aleaciones de Mg-Al son candidatos prometedores para sistemas de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido con cinéticas de desorción mejoradas y barreras de activación reducidas.
Descripción
Se llevó a cabo un estudio exhaustivo de las transformaciones estructurales-fásicas y la cinética de desorción de hidrógeno en el sistema Mg56Al44 utilizando un enfoque multietapa que combina modelado termodinámico CALPHAD, Thermo-Calc 2025a, síntesis mecánica (MS), sinterización por plasma de chispa (SPS) y un tratamiento de dispersión posterior. El modelado termodinámico reveló una región de existencia estable del compuesto intermetálico Mg17Al12, que exhibe anomalías Cp-T a 303 y 351 grados C que correspondían estrechamente a los resultados experimentales de DSC/TGA. El análisis microestructural mostró que variar la relación bola-polvo BPR 20:1 y BPR 30:1 determina la densidad de defectos, el tamaño de cristalito de 25-45 nm y la deformación de la red de 1.5-3.0 x 10-3, todos los cuales influyen directamente en la cinética de desorción de hidrógeno. Para las muestras sintetizadas a BPR 30:1, la temperatura de inicio de liberación de hidrógeno disminuyó a 180-200 grados C mientras se mantenía una capacidad de almacenamiento de hidrógeno del 4.9 % en peso, acompañada de una reducción en la energía de activación aparente de desorción de 92 a 74 kJ·mol-1 según el método de Kissinger. La etapa de dispersión interrumpió parcialmente y redistribuyó la capa superficial de MgO, lo que llevó a una reducción en su contribución general y a una mejora en la homogeneidad estructural, en lugar de una eliminación completa del óxido. La ruta de procesamiento combinada MS-SPS-dispersión permitió la formación controlada de nanostructuras, redujo la temperatura de desorción de hidrógeno en aproximadamente 100 grados C en comparación con materiales convencionales basados en MgH2 y mejoró significativamente el rendimiento termocinético. Estos hallazgos demuestran que las aleaciones de Mg-Al son candidatos prometedores para sistemas de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido con cinéticas de desorción mejoradas y barreras de activación reducidas.