Laboratório Nacional
de Luz Síncrotron

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Ciência

Aprimorando o Armazenamento de Hidrogênio

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Pesquisa analisa o efeito de nanopartículas formadas durante o preparo de Li-RHC com adição de $\rm TiO_2$


A busca por fontes de energia limpa, renovável e barata tem se intensificado nos últimos anos com o crescente consenso de que a elevação na temperatura média do planeta, e a consequente intensificação de episódios climáticos extremos, é causada pela ação humana.

O gás hidrogênio ($\rm H_2$) é uma das melhoras alternativas aos combustíveis fósseis já que sua combustão tem como produto final apenas vapor de água. No entanto, a viabilidade econômica da produção, armazenamento e distribuição de hidrogênio para geração de energia ainda exige a superação de diversos desafios tecnológicos.

Um desses desafios é a falta de um sistema de armazenamento de hidrogênio eficiente e seguro. Assim, J. A. Puszkiel e colaboradores [1] utilizaram as instalações do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) com o objetivo de aprimorar o armazenamento de hidrogênio através da adição de $\rm TiO_2$ e formação de nanopartículas durante o processo de preparo de hidretos no estado sólido.

Em especial, o grupo investigou o efeito da formação in-situ de nanopartículas de $\rm Li_xTiO_2$ no sistema conhecido como Li-RHC que armazena e libera hidrogênio através das reações $\rm 2LiBH_4 + MgH_2 \rightleftharpoons 2LiH + MgB_2 + 4H_2$. Este sistema possui uma capacidade de armazenamento de hidrogênio de cerca de 10% de sua massa.

Diversas técnicas experimentais avançadas foram utilizadas e, entre elas, análises de espectroscopia de absorção de raios X próxima da borda de absorção (XANES) foram feitas na linha de luz XAFS1 do LNLS.

Segundo os pesquisadores, as nanopartículas $\rm Li_x Ti O_2$ aumentaram marcadamente as propriedades de armazenamento de hidrogênio do Li-RHC. A presença de uma pequena quantidade de $\rm Li_x Ti O_2$ permite que o Li-RHC armazene reversivelmente hidrogênio através de períodos de hidrogenação e desidrogenação de apenas 25 e 50 minutos a 400°C, respectivamente. Após o ciclo de hidrogenação/desidrogenação, as nanopartículas formadas ajudam a refinar e preservar a microestrutura do Li-RHC contra a aglomeração do material.

Após a desidrogenação, as nanopartículas $\rm Li_x Ti O_2$ não modificam as propriedades termodinâmicas de desidrogenação do próprio Li-RHC. A presença de $\rm Li_x Ti O_2$  reduz ainda o tempo necessário para a primeira desidrogenação suprimindo a reação paralela que conduz de $\rm LiBH_4$ a $\rm Li_2B_{12}H_{12}$, permitindo assim a formação direta de $\rm MgB_2$ e a liberação mais eficiente do gás hidrogênio.

Fonte: [1] J. A. Puszkiel, M. V. Castro Riglos, J. M. Ramallo-López, M. Mizrahi, F. Karimi, A. Santoru, A. Hoell, F. C. Gennari, P. A. Larochette, C. Pistidda, T. Klassen, J. M. Bellosta von Colbe and M. Dornheim, A novel catalytic route for hydrogenation–dehydrogenation of 2LiH + MgB2 via in situ formed core–shell LixTiO2 nanoparticles, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 12922. DOI: 10.1039/C7TA03117C