Análisis de la capacidad de almacenamiento de hidrógeno y propiedades en sistemas Ti-Al-Fe al variar su composición - Marín-Cordero, Emilia Mercedes (Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2024)
Este proyecto ha sido desarrollado en colaboración con el Centro de Investigación en Metalurgia de Quebec (CMQ) y la Universidad de Quebec en Trois-Rivières (UQTR), ambos ubicados en Trois-Rivières, Canadá. El objetivo fue disminuir la temperatura de desorción del hidrógeno variando la composición en sistemas de Ti-Al-Fe. El porcentaje de aleación se modificó para obtener un total de cinco sistemas de aleaciones: Ti10Al2Fe, Ti15Al15Fe, Ti15Al25Fe, Ti20Al10Fe y Ti30Al15Fe. Estas aleaciones se caracterizaron utilizando XRD y SEM/EDS. Se determinó que las aleaciones activadas después de ser fundidas por arco eléctrico exhiben una fase primaria compuesta principalmente de titanio y una fase secundaria compuesta principalmente de hierro, ambas con celdas unitarias cúbicas centradas en el cuerpo (BCC). Las aleaciones Ti15Al25Fe y Ti20Al10Fe fueron las únicas que se activaron después de ser calentadas a 400°C durante una hora. La aleación Ti20Al10Fe mostró un tiempo de activación más corto y un mayor porcentaje de absorción (8.4 min y 2.4% en peso), mientras que la aleación Ti15Al25Fe mostró un tiempo de activación más largo y un menor porcentaje de absorción (34.2 min y 1.8% en peso). Finalmente, se analizaron las curvas de desorción de estas aleaciones, y se dedujo que en el proceso de desorción dinámica, el hidrógeno no se desorbió de las muestras, ya que no hubo una disminución en el porcentaje de hidrógeno. Para obtener una mejor comprensión del comportamiento de las aleaciones, estas se analizaron utilizando el método de Rietveld con el programa TOPAS. Este proceso implica comparar los patrones de difracción medidos con los calculados, refinar el modelo de la estructura cristalina y determinar la composición de cada muestra cuantitativamente. Por último, se examinó el proceso de desorción de las muestras, y no se observó una reducción significativa en el porcentaje de hidrógeno absorbido en comparación con la activación para cada muestra.

This project has been developed in collaboration with the Quebec Metallurgy Research Center (CMQ) and the University of Quebec in Trois-Rivières (UQTR), both located in Trois-Rivières, Canada. The aim was to decrease the hydrogen desorption temperature by varying the composition in Ti-Al-Fe systems. The alloy percentage was varied to obtain five alloy systems in total: Ti10Al2Fe, Ti15Al15Fe, Ti15Al25Fe, Ti20Al10Fe, and Ti30Al15Fe. These alloys were characterized using XRD and SEM/EDS. It was determined that the alloys activated after being melted by electric arc exhibit a primary phase mostly composed of titanium and a secondary phase primarily composed of iron, with both phases having BCC unit cells. The Ti15Al25Fe and Ti20Al10Fe alloys were the only ones to activate after heating at 400°C for one hour. The Ti20Al10Fe alloy exhibited a shorter activation time and a higher absorption percentage (8.4 min and 2.4 wt.%), while the Ti15Al25Fe alloy showed a longer activation time and a lower absorption percentage (34.2 min and 1.8 wt.%). Finally, the desorption curves of these alloys were analyzed, and it was inferred that in the dynamic desorption process, hydrogen was not desorbed from the samples, as there was no decrease in the hydrogen percentage. To gain a better understanding of the alloys' behavior, they were analyzed using the Rietveld method with the TOPAS program. This process involves comparing measured diffraction patterns with calculated ones, refining the model of the crystal structure, and determining the composition of each sample quantitatively. Lastly, the desorption process of the samples was examined, and no significant reduction in the percentage of absorbed hydrogen was observed compared to the activation for each sample.
Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería en Materiales) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, 2024
Esta tesis cumple con el objetivo ODS 7: garantizar el acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todas las personas. Meta a: aumentar la cooperación internacional para facilitar el acceso a la investigación y la tecnología relativas a la energía limpia, incluidas las fuentes renovables, la eficiencia energética y las tecnologías avanzadas y menos contaminantes de combustibles fósiles, y promover la inversión en infraestructura energética y tecnologías limpias.
Keywords: Capacidad de almacenamiento; Almacenamiento de Hidrógeno; Temperatura -- Desorción -- Hidrógeno; Arco eléctrico; Desarrollo tecnológico; Sistemas -- Aleaciones; Competitividad -- Industria metalúrgica; Combustibles fósiles; Storage capacity; Hydrogen Storage; Temperature -- Desorption -- Hydrogen; Electric arc; Technology development; Systems -- Alloys; Competitiveness -- Metallurgical industry; Fossil fuels; Research Subject Categories::TECHNOLOGY::Materials science