Análise de materiais para tecnologias de hidrogénio
Análise da produção e armazenamento de hidrogénio e das células de combustível em condições de funcionamento próximas da realidade
O hidrogénio é considerado uma das tecnologias mais importantes para o abastecimento energético do futuro. Desde a eletrólise, passando pelo armazenamento, até à utilização em células de combustível, os materiais e as suas propriedades desempenham um papel decisivo na eficiência, segurança e rentabilidade.
O desenvolvimento de eletrolisadores, sistemas de armazenamento de hidrogénio e células de combustível de alto rendimento exige uma compreensão detalhada dos processos térmicos, termofísicos e químicos. Os métodos de análise modernos permitem estudar catalisadores, materiais de armazenamento, materiais para elétrodos e componentes para altas temperaturas em condições próximas da realidade.
Com mais de 69 anos de experiência, a LINSEIS oferece soluções para a caracterização de materiais ao longo de toda a cadeia de valor do hidrogénio – desde a investigação até à aplicação industrial.
Desafios típicos ao longo da cadeia de valor do hidrogénio
Questões relevantes
- Até que ponto é possível armazenar hidrogénio de forma eficiente?
- Que materiais são adequados para os acumuladores de hidreto metálico?
- Como é que a temperatura influencia a absorção de hidrogénio?
- Que catalisadores melhoram os processos de eletrólise?
- Como é que os materiais se comportam numa atmosfera de hidrogénio?
- Que materiais são adequados para as células de combustível?
- De que forma é que a pressão e a temperatura influenciam os processos de sorção?
- Como é que os sistemas de hidrogénio podem tornar-se mais seguros e duradouros?
Parâmetros relevantes do material e do processo
| Parâmetros | Significado |
|---|---|
| Capacidade de sorção | Absorção de hidrogénio por materiais de armazenamento |
| Comportamento de dessorção | Liberação de hidrogénio |
| Entalpia de sorção | Avaliação de processos de armazenamento |
| Estabilidade térmica | Comportamento em condições de funcionamento |
| Condutividade térmica | Gestão térmica de acumuladores e pilhas de combustível |
| Expansão térmica | Compatibilidade dos materiais a altas temperaturas |
| Comportamento sob alta pressão | Análise das condições reais do processo |
| Estabilidade do ciclo | Comportamento a longo prazo dos materiais de armazenamento |
Métodos de medição para materiais de hidrogénio e pilhas de combustível
Análise térmica simultânea (STA)
A STA combina a DSC e a TGA e permite analisar processos de sorção, dessorção e decomposição.
Análise de
- Liberação de hidrogénio
- Processos de sorção
- Entalpias de reação
- Estabilidade do material
Aplicações típicas
- Hidretos metálicos
- Catalisadores
- Materiais para células de combustível
- Materiais de armazenamento
Dilatometria (DIL)
A dilatometria analisa a dilatação térmica e a compatibilidade dos materiais.
Análise de
- Expansão térmica
- Alterações nas dimensões
- Comportamento de sinterização
- Estabilidade estrutural
Aplicações típicas
- Células de combustível
- Aparelhos de eletrólise
- Catalisadores
- Materiais resistentes a altas temperaturas
Instrumentos de medição recomendados para a tecnologia do hidrogénio
Exemplo prático: Análise de um material de armazenamento de hidrogénio
Análise térmica de eletrólitos ácidos sólidos para aplicações em pilhas de combustível
Medições STA realizadas com o Linseis STA L81 , mostram os processos de transformação térmica e desidratação de um sistema de eletrólito sólido para aplicações em células de combustível. Faz o download do white paper para saberes mais sobre a configuração de medição, as transições térmicas e a sua importância para os materiais condutores de protões.
Por que é que a análise de materiais é fundamental para as tecnologias do hidrogénio?
A eficiência das tecnologias de hidrogénio é determinada, em grande parte, pelos materiais utilizados. Propriedades como a estabilidade térmica, o comportamento de sorção, a condutividade térmica e a dilatação influenciam o desempenho dos eletrolisadores, dos sistemas de armazenamento e das células de combustível.
A combinação de métodos de análise modernos permite:
- Otimização de materiais para eletrólise
- Estudo sobre sistemas de armazenamento de hidrogénio
- Caracterização de componentes de células de combustível
- Análise dos processos de sorção e dessorção
- Avaliação da estabilidade térmica
- Desenvolvimento de sistemas energéticos sustentáveis
Aplicações – Baterias e energia
Perguntas frequentes – Tecnologia do hidrogénio
Que métodos de medição são adequados para a caracterização de sistemas de armazenamento de hidrogénio?
Para a investigação sobre sistemas de armazenamento de hidrogénio, costuma-se STA, TGA, análises de sorção gravimétricas, medições de alta pressão e análises de condutividade térmica . Estes métodos fornecem informações sobre a capacidade de armazenamento, o comportamento de sorção, a estabilidade térmica e o comportamento a longo prazo.
Por que é que as medições de alta pressão são importantes na tecnologia do hidrogénio?
Muitos processos de armazenamento e utilização de hidrogénio decorrem sob pressão elevada. As medições a alta pressão permitem estudar os materiais em condições de funcionamento próximas da realidade e contribuem para o desenvolvimento de sistemas de armazenamento eficientes.
Que materiais estão a ser estudados para o armazenamento de hidrogénio?
Entre os materiais de armazenamento mais importantes contam-se os hidretos metálicos, os MOFs (Metal-Organic Frameworks), as zeólitas, os carvões ativos e outros materiais de sorção porosos. A análise dos materiais ajuda a otimizar a capacidade de armazenamento, a cinética e a estabilidade.
Que papel desempenha a análise térmica na tecnologia do hidrogénio?
Os métodos de análise térmica, como o DSC, o STA e o TGA, permitem estudar as transições de fase, os processos de sorção e dessorção, as entalpias de reação e a estabilidade térmica dos materiais de hidrogénio e dos componentes das pilhas de combustível.
Por que é que a condutividade térmica é importante para os sistemas de hidrogénio?
A condutividade térmica influencia a distribuição da temperatura nas células de combustível, nos eletrolisadores e nos sistemas de armazenamento de hidrogénio. Uma condutividade térmica otimizada melhora a eficiência, aumenta a segurança de funcionamento e contribui para prolongar a vida útil dos sistemas.
