Síntesis y caracterización de materiales almacenadores de hidrógeno basado en hidruros complejos

FLORENCIA FAGGIANO; G. AMICA; ARNEODO LAROCHETTE, P.

Bariloche

Congreso; 107° Reunión de la Asociación Física Argentina; 2022

La matriz energ ́etica mundial est ́a basada en fuentes de energ ́ıa no renovables. El petr ́oleo, gas natural y carb ́on representan m ́as del 75 % del suministro de energ ́ıa y generan un fuerte impacto ambiental debido a las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente di ́oxido de carbono. En este contexto, es necesario desarrollar fuentes alternativas de energ ́ıa. El hidr ́ogeno ha presentado en las ́ultimas d ́ecadas un creciente inter ́es como uno de los elementos claves en la transici ́on energ ́etica desde los combustibles f ́osiles hacia alternativas m ́as limpias. El hidr ́ogeno es el combustible que posee mayor energ ́ıa por unidad de masa. Sin embargo, su baja densidad a temperatura ambiente genera una baja energ ́ıa por unidad de volumen, por lo que se requiere el desarrollo de m ́etodos de almacenamiento que permitan almacenar una mayor densidad de energ ́ıa. El almacenamiento dehidr ́ogeno en estado s ́olido se presenta como una alternativa ventajosa en cuanto a volumen ocupado, peso y seguridad. Dentro de este grupo se encuentran los hidruros e hidruros complejos, los cuales son compuestos que poseen un alto contenido de hidr ́ogeno en su estructura que puede ser liberado de manera reversible al ajustar las condiciones de presi ́on y temperatura. En las ́ultimas d ́ecadas se ha puesto en foco a los hidruros complejos, ya que estos poseen altas capacidades gravim ́etricas y volum ́etricas de almacenamiento, pero estos son muy estables termodin ́amicamente y presentan temperaturas de desorci ́on elevadas. Existe evidencia que demuestra que la formaci ́on de materiales compuestos a partir de hidruros e hidruros complejos genera que la liberaci ́on de hidr ́ogeno ocurra a menor temperatura [1]. En particular el material compuesto Mg(NH2)2 − 2LiH resulta ser especialmente atractivo. Sin embargo, se requieren temperaturas mayores a 200 C para lograr velocidades nteresantes. Estudios cin ́eticos demostraron que la etapa limitante de la deshidrogenaci ́on est ́a dominada por la difusi ́on. El desaf ́ıo consiste en lograr altas capacidades volum ́etricas y gravim ́etricas en simult ́aneo con temperaturas de operaci ́on menores a 200 C. Se demostr ́o que el material compuesto 2LiNH2 : MgH2 : LiBH4 exhibe una ruta de reacci ́on autocatalizada, responsable de cin ́eticas r ́apidas y menores temperaturas de desorci ́on. La mejora de las propiedades se explica por la formaci ́on de una fase i ́onica de baja temperatura de fusi ́on ( 100 C), Li4(NH2)3BH4, a la cual se la vincula al debilitamiento del enlace N-H y el aumento de la movilidad de iones de litio [2]. En este trabajo se llevaron a cabo la s ́ıntesis del material Mg(NH2)2 − 2LiH − Li4(NH2)3BH4 mediante molienda mec ́anica y posterior tratamiento t ́ermico variando la estequiometr ́ıa de los reactivos (2LiNH2 : MgH2 : LiBH4), la caracterizaci ́on estructural mediante difracci ́on de rayos X (XRPD) y espectroscop ́ıa de infrarrojo (FTIR) de los materiales obtenidos luego de la molienda mec ́anica, tratamiento t ́ermico y en estado absorbido y desorbido luego de 10 ciclos. Se evaluaron las capacidades de almacenamiento de los sistemas a 200 C, as ́ı como tambi ́en la reversibilidad, cin ́etica de reacci ́on con hidr ́ogeno y estabilidad al ciclado. Adem ́as, se estudiaron las propiedades termodin ́amicas mediante isotermas de presi ́on composici ́on del sistema sintetizado en proporciones molares 2:1:0,2.[1] Garroni, S., Santoru, A., Cao, H., Dornheim, M., Klassen, T., Milanese, C., Gennari, F., Pistidda, C. RecentProgress and New Perspectives on Metal Amide and Imide Systems for Solid-State Hydrogen Storage. Energies, 11(5), 2018.[2] Amica, G., Cova, F., Arneodo Larochette, P., Gennari, F. Effective participation of Li4(NH2)3BH4 inthe dehydrogenation pathway of the Mg(NH2)2 − 2LiH composite. Physical Chemistry Chemical Physics, 18, 17997-18005, 2016.