Estudio Termodinámico y Cinético de la reacción con hidrógeno del sistema Mg-Co

M. G. VERÓN; F. C. GENNARI; G. O . MEYER

Salta

Congreso; XVI Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2009

Asociación Argentina de Investigaciones Fisicoquímicas

El magnesio es considerado un material atractivo para almacenamiento de hidrógeno debido a su bajo peso, mayor capacidad de almacenamiento de hidrógeno (7,6 % en peso) y bajo costo en comparación con otros metales. Sin embargo resulta inadecuado para aplicaciones prácticas debido a su alta temperatura de desorción de hidrógeno y elevada entalpía de formación-descomposición. En este sentido los hidruros del tipo Mg-Co-H, en particular Mg2CoH5 y Mg6Co2H11 resultan una alternativa interesante por su elevada capacidad de almacenamiento (4,5% p/p y 4,0% p/p respectivamente), su alta reversibilidad y mejores cinéticas de hidruración/deshidruración que el Mg puro. En este trabajo se realiza un estudio de las características termodinámicas y cinéticas del sistema Mg-Co-H. Los hidruros se obtuvieron en dos etapas: molienda mecánica seguida de un tratamiento térmico a 200-350 ºC y 2.0 MPa de presión de hidrógeno. En la primera etapa los materiales de partida fueron mezclas de Mg y Co en proporción 2:1 y 1:1, los cuales se molieron durante 200 h en molino de baja energía (Uni-Ball-Mill II) y atmósfera de argón. La microestructura, estructura y comportamiento térmico de las fases formadas durante el proceso se estudiaron por microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD) y calorimetría diferencial de barrido (DSC). No se detectó la formación de nuevas fases, luego de 200 h de molienda las fases presentes fueron Mg y Co. Sin embargo, se observaron importantes cambios microestructurales, como la reducción de tamaño de grano del Mg y Co hasta el rango nanométrico (17-21nm)  y la disminución del tamaño de los aglomerados a < 100 micrones. En la segunda etapa, a partir de la mezcla refinada de Mg-Co se realizaron las mediciones de equilibrio (determinación de parámetros termodinámicos) y de cinética de reacción con hidrógeno usando un equipo volumétrico tipo Sieverts. Los diagramas de Vant’ Hoff para la formación y descomposición de los hidruros se calcularon a partir de las isotermas de presión-composición (PCIs). En dichas isotermas se observa durante la absorción dos plateaus, asociando el de baja presión a Mg6Co2H11 y el de alta presión a Mg2CoH5. Los valores preliminares de ΔH de absorción obtenidos para Mg2CoH5 y Mg6Co2H11 a partir de una composición 2:1 son –79 kJ/mol y 76 kJ/mol respectivamente, los cuales estan en acuerdo con los reportados en la literatura. Por otro lado, tanto las PCIs como los valores obtenidos a partir de una composición 1:1 constituyen un aporte original a la información termodinámica disponible para el sistema Mg-Co-H. Las cinéticas de absorción de hidrógeno son dependientes de la historia térmica de la muestra. Se observó el efecto beneficioso del aumento en el contenido de Co sobre la velocidad de absorción y desorción, a expensas de disminuir la capacidad de almacenamiento.