ES2282836T3 - Procedimiento y dispositivo para la adsorcion y/o desorcion de hidrogeno en aleaciones con memoria de forma. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la adsorción y/o desorción reversible de hidrógeno, que comprende una estructura que incluye una aleación con memoria de forma, caracterizado porque está asociado con unos medios para incrementar la temperatura de la aleación con memoria de forma, o para aplicar un campo magnético, en el caso de materiales con memoria de forma magnéticos, de manera que transforma dicha aleación de la fase martensítica a la fase austenítica cuando deban ser desorbidos de dicha estructura los átomos de hidrógeno.
Description
Procedimiento y dispositivo para la adsorción
y/o desorción de hidrógeno en aleaciones con memoria de forma.
La presente invención se refiere a
procedimientos y dispositivos para el almacenaje de hidrógeno y en
particular para la adsorción de hidrógeno en una estructura de
almacenaje y/o la desorción de hidrógeno de dicha estructura.
El objetivo de la presente invención consiste en
proponer un dispositivo y un procedimiento para el almacenaje de
hidrógeno con ventajas en términos de simplicidad, costes bajos y
eficiencia de funcionamiento.
Con el fin de conseguir dicho objetivo, el
objeto de la invención es un dispositivo según la reivindicación 1 y
un procedimiento según la reivindicación 5, así como la utilización
de una estructura que comprende una aleación con memoria de forma
para la adsorción y/o la desorción de hidrógeno, según la
reivindicación 9.
A continuación se describirá la invención
haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la Figura 1 es una vista esquemática de un
retículo cristalino de una aleación con memoria de forma, que
muestra el almacenaje de átomos de hidrógeno en los lugares
intersticiales de dicho retículo;
- las Figuras 2, 3 muestran el retículo
cristalino de una aleación con memoria de forma en su fase
martensítica y su fase austenítica, respectivamente, según una forma
de realización de la invención en la que los procesos de adsorción
y/o desorción y sus cinéticas se modulan mediante una variación de
temperatura que provoca el paso de una fase a otra;
- la Figura 4 muestra una estructura
martensítica multivariante de una aleación con memoria de forma,
utilizada en otra forma de realización de la presente invención;
- la figura 5 es una vista ampliada de un
detalle de la Figura 4, y
- las Figuras 6, 7 muestran un detalle de la
Figura 5 en un primer estado (estructura martensítica multivariante)
y en un segundo estado (estructura reticular austenítica o
estructura monovariante martensítica), respectivamente, que puede
cambiar mediante el calentamiento o aplicando un campo
magnético.
La idea básica en la que se basa la invención
consiste en la utilización de aleaciones con memoria de forma como
material para la adsorción y/o desorción reversible de
hidrógeno.
En la presente descripción y en las
reivindicaciones adjuntas, el término "aleación con memoria de
forma" se refiere a cualquier compuesto intermetálico
caracterizado por una transformación martensítica termoplástica
reversible, es decir, que se puede deformar microscópicamente si se
somete a un estímulo eléctrico, térmico o magnético. La totalidad de
las aleaciones con memoria de forma se caracterizan por dos fases
cristalinas diferentes. La presencia de cualquiera de dichas fases
depende de la temperatura y/o la tensión que experimente el
material: la fase estable de temperatura baja se conoce como "fase
martensítica", mientras que la fase estable de temperatura
elevada se conoce como "fase austenítica".
Las aleaciones con memoria de forma que se
utilizan en la presente invención son, por ejemplo:
- -
- aleaciones con base Ni, por ejemplo: Ni-Ti, Ni-Ti-Cu, Ni-Ti-Fe, Ni-Ti-Cr, Ni-Al;
- -
- aleaciones con base Cu, por ejemplo: CU-Al-Ni, Cu-Zn-X (X= Si, Sn, Al), Cu-Zn, Cu-Sn;
- -
- aleaciones magnéticas, por ejemplo: Ni-Mn-Ga;
- -
- aleaciones de temperatura elevada, por ejemplo: Ni-Ti-Hf;
- -
- otras aleaciones, por ejemplo: Fe-Pt, Fe-Mn-Si, Mn-Cu, In-Ti, Ag-Cd, Au-Cd, o cualquier otra aleación que presente una composición elemental diferente y con una transformación martensítica termoplástica.
La invención comprende básicamente dos formas de
realización diferentes que aprovechan dos mecanismos de almacenaje
diferentes.
En una primera forma de realización, se almacena
el hidrógeno en los lugares intersticiales del retículo cristalino
de la aleación con memoria de forma. Este fenómeno se da (véase la
Figura 1) cuando el hidrógeno molecular entra en contacto con la
superficie del material con memoria de forma, formando así un
hidruro, de acuerdo con el siguiente ciclo de
adsorción/desorción:
- 1.
- moléculas de hidrógeno disociadas catalíticamente debido al contacto con la superficie de la aleación;
- 2.
- el hidrógeno atómico migra en la aleación y llena los lugares intersticiales;
- 3.
- el retículo cristalino suministra la energía necesaria para la disociación molecular; la adsorción de hidrógeno en el espacio interatómico (hidrogenación) es un proceso exotérmico que requiere el enfriamiento, mientras que la sustracción de hidrógeno (deshidrogenación) es un proceso endotérmico que requiere calor;
- 4.
- los procesos de adsorción y/o desorción, así como sus cinéticas se pueden modular mediante la variación de temperatura, lo que da como resultado la transformación de la fase martensítica (Figura 2) a la fase austenítica (Figura 3). Dicha transformación martensítica/austenítica provoca un cambio en los parámetros reticulares (por ejemplo de tetragonal a cúbico en el caso de las aleaciones NiTi) lo que tiene como resultado una reducción de los lugares intersticiales. Dicha reducción de los lugares intersticiales junto con un incremento de la temperatura utilizado para provocar el paso de la fase martensítica a la austenítica, provoca la liberación del hidrógeno adsorbido en la fase martensítica de temperatura baja. La Figura 2 muestra átomos de hidrógeno adsorbidos en los lugares intersticiales del retículo, mientras que se pueden observar los átomos de la Figura 3 fuera de la estructura, en la que se vuelven a combinar para formar moléculas de H_{2}.
En una segunda forma de realización, se almacena
el hidrógeno en los espacios entre las estructuras martensíticas
multivariante. En este caso, las moléculas de hidrógeno se adsorben
en el interior del material (véanse las Figuras 4, 5, 6) y quedan
atrapadas en las zonas limítrofes entre variantes martensíticas
(estructuras martensíticas con orientaciones diferentes). Como
consecuencia del calentamiento del material, o de la aplicación de
un campo magnético en el caso de materiales con memoria de forma
magnéticos, las moléculas de hidrógeno salen de los intersticios
(Figura 7) debido a que la estructura martensítica multivariante se
convierte en una estructura reticular austenítica, en el primer
caso, o en una estructura martensítica monovariante, en el segundo
caso.
Obviamente, a pesar de que la idea básica se
mantenga igual, las formas de realización y los detalles de
construcción pueden variar ampliamente con respecto a lo que se ha
descrito únicamente a título de ejemplo, sin apartarse por ello del
alcance de la presente invención.
Claims (10)
-
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1. Dispositivo para la adsorción y/o desorción reversible de hidrógeno, que comprende una estructura que incluye una aleación con memoria de forma, caracterizado porque está asociado con unos medios para incrementar la temperatura de la aleación con memoria de forma, o para aplicar un campo magnético, en el caso de materiales con memoria de forma magnéticos, de manera que transforma dicha aleación de la fase martensítica a la fase austenítica cuando deban ser desorbidos de dicha estructura los átomos de hidrógeno. - 2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha aleación con memoria de forma se selecciona de entre:
- -
- aleaciones con base Ni, por ejemplo: Ni-Ti, Ni-Ti-Cu, Ni-Ti-Fe, Ni-Ti-Cr, Ni-Al;
- -
- aleaciones con base Cu, por ejemplo: CU-Al-Ni, Cu-Zn-X (X= Si, Sn, Al), Cu-Zn, Cu-Sn;
- -
- aleaciones magnéticas, por ejemplo: Ni-Mn-Ga;
- -
- aleaciones de temperatura elevada, por ejemplo: Ni-Ti-Hf;
- -
- otras aleaciones, por ejemplo: Fe-Pt, Fe-Mn-Si, Mn-Cu, In-Ti, Ag-Cd, Au-Cd.
- 3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la aleación con memoria de forma presenta un retículo cristalino adecuado para almacenar átomos de hidrógeno en sus lugares intersticiales.
- 4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la aleación con memoria de forma almacena átomos de hidrógeno en las zonas limítrofes entre las estructuras martensíticas que presentan una orientación diferente.
- 5. Procedimiento para la adsorción y/o desorción reversible de hidrógeno, en el que una estructura que comprende una aleación con memoria de forma se utiliza como material para el almacenaje de hidrógeno, caracterizado porque dicha aleación con memoria de forma se somete a un incremento de temperatura o a un campo magnético (en el caso de un material con memoria de forma magnético), de manera que transforma dicha aleación de la fase martensítica a la fase austenítica cuando los átomos de hidrógeno deban ser desorbidos de dicha estructura.
- 6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha aleación con memoria de forma se selecciona de entre:
- -
- aleaciones con base Ni, por ejemplo: Ni-Ti, Ni-Ti-Cu, Ni-Ti-Fe, Ni-Ti-Cr, Ni-Al;
- -
- aleaciones con base Cu, por ejemplo: CU-Al-Ni, Cu-Zn-X (X= Si, Sn, Al), Cu-Zn, Cu-Sn;
- -
- aleaciones magnéticas, por ejemplo: Ni-Mn-Ga;
- -
- aleaciones de temperatura elevada, por ejemplo: Ni-Ti-Hf;
- -
- otras aleaciones, por ejemplo: Fe-Pt, Fe-Mn-Si, Mn-Cu, In-Ti, Ag-Cd, Au-Cd.
- 7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la aleación con memoria de forma presenta un retículo cristalino adecuado para almacenar átomos de hidrógeno en sus lugares intersticiales.
- 8. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la aleación con memoria de forma almacena átomos de hidrógeno en las zonas limítrofes entre las estructuras martensíticas que presentan una orientación diferente.
- 9. Utilización de una aleación con memoria de forma como una estructura para la adsorción y/o desorción reversible de hidrógeno, caracterizada porque la aleación con memoria de forma se somete a un incremento de temperatura o a un campo magnético (en el caso de un material con memoria de forma magnético), de manera que transforme dicha aleación de la fase martensítica a la fase austenítica cuando los átomos de hidrógeno deban ser desorbidos de dicha estructura.
- 10. Utilización según la reivindicación anterior, caracterizada porque la aleación con memoria de forma se selecciona de entre:
- -
- aleaciones con base Ni, por ejemplo: Ni-Ti, Ni-Ti-Cu, Ni-Ti-Fe, Ni-Ti-Cr, Ni-Al;
- -
- aleaciones con base Cu, por ejemplo: CU-Al-Ni, Cu-Zn-X (X= Si, Sn, Al), Cu-Zn, Cu-Sn;
- -
- aleaciones magnéticas, por ejemplo: Ni-Mn-Ga;
- -
- aleaciones de temperatura elevada, por ejemplo: Ni-Ti-Hf;
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- otras aleaciones, por ejemplo: Fe-Pt, Fe-Mn-Si, Mn-Cu, In-Ti, Ag-Cd, Au-Cd.
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