Letteratura scientifica selezionata sul tema "Alliages de stockage d'hydrogène"

Certains verres de chalcogénures, alliages contenant au moins un des éléments chalcogènes (soufre, sélénium, tellure), ont suscité une attention croissante au fil des ans en raison de leur large éventail d’applications, allant de l’optique infrarouge aux mémoires non volatiles optiques et résistives. Ces dernières utilisent la capacité de certains chalcogénures à commuter rapidement et de manière réversible entre une phase amorphe fortement résistive et une phase cristalline métallique, lorsqu’on leur applique des impulsions électriques qui chauffent localement le matériau. À partir de l’analyse du fonctionnement d’une mémoire résistive à changement de phase utilisant deux types de verres de chalcogénures, nous présentons les propriétés physiques de ces derniers ainsi que des recherches menées actuellement pour poursuivre leur optimisation.

Le stockage de l’hydrogène peut se faire par l’application de nombreuses techniques. Parmi lesquelles la méthode qui consiste à stocker l’hydrogène dans les métaux en formant des hydrures métalliques. Les alliages de nickel ont des applications potentielles intéressantes pour le stockage de l’hydrogène sous forme d’hydrure. L’objectif de notre travail est d’étudier en premier lieu le rôle de l’hydrogène sur la microstructure du nickel pur et de la température sur les propriétés électroniques de surface. Nous avons choisi d’introduire de l’hydrogène dans des échantillons massifs de nickel par chargement cathodique, en milieux aqueux à température ambiante. Cette technique conduit à la formation d’un hydrure de nickel NiH0.7. L’analyse par XPS a permis de suivre l’évolution des propriétés électroniques avant et après hydrogénation. Le spectre de la bande de conduction montre un remplissage de la couche Ni3d initialement incomplète associé à l’absorption d’hydrogène. D’autre part cette étude confirme que la température de maintien n’a pas une grande influence sur les propriétés électroniques de surface du nickel.

Le stockage d'hydrogène est sans doute le dernier verrou au développement à grande échelle des piles à combustible. Utiliser l'hydrogène comme vecteur énergétique, produire efficacement de l'électricité sans avoir recours aux énergies fossiles et rejeter uniquement de l'eau, il s'agit là peut-être de la prochaine révolution technologique, écologique et qui signera la fin des problèmes environnementaux en terme d'énergie.L'hydrogène gazeux est dangereux et son stockage à l'état solide représente une solution mais au détriment de la quantité stockée et des conditions d'utilisation.Dans ce contexte, la recherche de nouveaux matériaux avec des propriétés physico-chimiques nouvelles est souhaitable.Cette thèse s’inscrit dans cette démarche d'investigation : d'une part mettre en oeuvre et utiliser de nouvelles techniques de recherche structurale théorique pour explorer les possibilités qu'offrent les alliages métalliques ; ensuite entreprendre la synthèse de couches minces de métaux et d'alliages au moyen de l’ablation laser pulsé pour bénéficier des atouts de cette méthode.L'étude théorique menée au cours de cette thèse a permis de montrer l'impact des contraintes de pression sur la formation et la stabilité d'alliages dans de nombreux systèmes binaires. Des pistes sur l'hydrogénation possible de nouvelles structures ont également été présentées.D'autre part, l'adversité de l'ablation laser pulsé pour la synthèse de couches minces a été mise en lumière et de grandes disparités dans les conditions de dépôts sont à déplorer. Cette méthode permet de parvenir à des morphologies singulières, ouvrant ainsi à des perspectives dans la conception de ces nouveaux matériaux
Hydrogen storage is probably the last lock facing the development of fuel cells system.Hydrogen is a non-harmful, non-polluting that can be used as an energy vector, allowing to produce fossil fuel free electricity efficiently and releasing only water.It could trigger the next technological and green revolution, marking the end of environmental concerns related to energy.Hydrogen is the most energetic gas. These double-edged caracteristics makes it attractive and unsafe at the same time. Solid state storage can be seen as a solution in spite of a moderate hydrogen uptake and a poor desorption process.In this context, research of new materials with enhanced physico-chemical properties is desirable and represent the aim of this work.This thesis is an investigation study. On the one hand, with the help of efficient theoretical structural prediction systems, an exploration of the infinite possibilities offered by metal alloys has been performed. On the other hand, pulsed laser deposition of metal thin films has been implemented to make use of its benefits.The present theoretical study has highlighted the influence of external strains on stability and emergence of alloys in numerous binary systems. In addition, a search for potential hydrides was carried out. Informations obtained are encouraging the use of similar prediction schemes in order to identify new systems.From metallic thin films made by pulsed laser ablation, deposition difficulties and disparities in procedures have been put forward. Nonetheless, singular morphologies have been achieved by this process, opening new insights for designing novel materials

Les problèmes environnementaux et économiques, engendrés par l’usage des produits pétroliers, et la pénurie de ces énergies fossiles ont conduit à rechercher d’autres sources d’énergies, renouvelables et respectueuses de l’environnement. Nombre de ces sources sont intermittentes et nécessitent de prévoir des solutions de stockage. Le gaz de dihydrogène apparait comme un bon candidat pour remplir cette fonction. L’élément hydrogène, abondant dans la nature, présente sous sa forme gazeuse un pouvoir calorifique de 140 MJ/kg, soit 2,5 fois celui de l’essence. La filière ’hydrogène’ s’appuie sur 3 piliers : la production, le stockage-la distribution et l’utilisation. Le stockage d’hydrogène est traditionnellement réalisé par compression, sous des pressions allant de quelques bars à plusieurs centaines, et par liquéfaction à 20 K. La faible densité volumique de ces deux types de stockage (42 et 70 kgH2/m3) associée à de sérieux problèmes de sécurité et de conception mécanique, rend le stockage solide dans les alliages métalliques particulièrement pertinent pour certaines applications. Cette solution favorise le développement de réservoirs de conception sûre, compacts et ayant une grande densité volumique de 120 kgH2/m3 pour les alliages TiFe par exemple. Ce type d’hydrure a été retenu dans le cadre de ce travail parce qu’il présente des températures et pressions d’utilisation relativement proches des conditions ambiantes, mais aussi parce qu’il ne contient pas de terre rare d’utilisation relativement proches des conditions ambiantes, mais aussi parce qu’il ne contient pas de terre rare. La présente étude vise à caractériser et modéliser le comportement d’hydruration/déshydruration de l’alliage TiFe0.9Mn0.1, en vue d’améliorer ses performances lorsqu’il est intégré à un système de stockage. Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à caractériser expérimentalement l’alliage TiFe0.9Mn0.1 sous forme de poudre en le décrivant sur les plans morphologique, chimique et thermodynamique. Ensuite, deux stratégies d’amélioration ont été testées, la première repose sur un traitement mécanique par broyage planétaire à billes, la deuxième considère un traitement thermochimique à température et durée de maintien données. Ces deux stratégies ont permis d’accélérer le processus d’activation de la poudre, mais le broyage planétaire à billes a détérioré de façon notable la cinétique apparente de désorption. Le traitement thermochimique n’a quant à lui pas dégradé les domaines d’équilibre et n’a donc pas eu d’effet néfaste sur les cinétiques de réaction. Les deux paramètres les plus importants de ce traitement, température et temps de maintien, ont été optimisés. D’autres paramètres restent à affiner.[...]La conception d’un système de stockage solide d’hydrogène exige la bonne compréhension des aspects macroscopiques, mais aussi microscopiques, de la réaction d’hydruration, et requiert donc des recherches complémentaires pour trouver de nouveaux axes d’amélioration de ses performances
He environmental and economic problems caused by the use of petroleum products and the scarcity of these fossil fuels have led to the search for alternative sources of energy, which are renewable and respectful of the environment. Many of these sources are intermittent and require storage solutions. Hydrogen gas appears as a good candidate for this function. The hydrogen element, abundant in nature, has in its gaseous form a calorific value of 140 MJ / kg, i.e. 2.5 times that of gasoline. The 'hydrogen' sector is based on 3 pillars: production, storage, distribution and use. The storage of hydrogen is traditionally carried out by compression, under pressures ranging from a few bars to several hundreds, and by liquefaction at 20 K. The low density of these two types of storage (42 and 70 kgH2 / m3) associated with serious problems of safety and mechanical design, make solid storage in metal alloys particularly relevant for some applications. This solution favors the development of safe, compact design tanks with a high density of 120 kgH2/m3for TiFe alloys, for example. This type of hydride has been retained in this work because it has operating conditions of temperatures and pressures that are relatively close to ambient conditions, and also because it does not contain rare earth elements. The aim of this study is to characterize and model the hydriding/dehydriding behavior of the TiFe0.9Mn0.1 alloy, in order to improve its performance when it is integrated into a storage system. We first tried to characterize the alloy TiFe0.9Mn0.1 in powder form by describing it morphologically, chemically and thermodynamically. Then, two strategies of improvement were tested, the first one based on a mechanical treatment by planetary ball milling, the second considers a thermochemical treatment at given temperature and duration. Both strategies accelerated the process of powder activation, but the planetary ball milling significantly impaired the apparent desorption kinetics. The thermo-chemical treatment did not degrade the equilibrium domains and thus did not have an adverse effect on the reaction kinetics. The two most important parameters of this treatment, temperature and holding time, have been optimized. Other parameters remain to be refined.In addition to this experimental characterization, we have undertaken to describe the hydriding / dehydriding reaction macroscopically. The model allows to account for the thermodynamic response of the hydride within a reservoir. This work presents the results obtained on a tank containing 4 kg of TiFe0.9Mn0.1 powder when different hydrogen loading / unloading scenarios are considered: (i) loading / unloading under constant pressure, (ii) loading / unloading under an initial dose ( Method of Sievert), iii) loading / unloading under inlet or outlet flux of hydrogen. For each scenario, the effect of the coupling with a heat exchange system on the filling / emptying times is analyzed and optimal operating conditions are proposed. Finally, a sensitivity study using the Morris method is presented, and the most influential parameters of the model on the reaction rates are identified. The design of a solid hydrogen storage system requires a good understanding of the macroscopic as well as the microscopic aspects of the hydriding reaction and therefore requires further research to find new directions for improving its performance

Cette thèse est consacrée à l'étude de composés riches en magnésium innovants destinés au stockage solide de l'hydrogène. Le but est de déstabiliser l'hydrure de Mg et d'accélérer sa cinétique de sorption par des effets d'alliage et de nano-structuration. La première famille de composés concerne les phases pseudo-binaires Mg6Pd1-xMTx (MT = Ni, Ag, Cu). Leurs propriétés structurales et les effets de substitution du Pd ont été étudiés par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et microsonde de Castaing. Les propriétés thermodynamiques et cinétiques d'hydrogénation de ces matériaux ont ensuite été déterminées par réaction solide-gaz. Différents mécanismes d'hydrogénation sont mis en jeu en fonction de l'élément de substitution. La nature des phases formées lors de la réaction d'hydrogénation modifie la stabilité des systèmes métal-hydrogène. Ainsi, la transformation de métal à hydrure est caractérisée par au moins deux plateaux de pression. Le premier plateau a lieu à une pression proche de celle de Mg/MgH2, alors que le second se produit à pression plus élevée. La détermination des valeurs d'enthalpie et d'entropie de réaction ont permis de quantifier la déstabilisation atteinte. Les meilleures cinétiques de désorption sont obtenues pour l'alliage au Ni, grâce à l'effet catalytique de la phase Mg2NiH4 formée lors de l'hydrogénation. La seconde approche vise à combiner les effets d'alliage et de nano-structuration. Des nanoparticules de Mg6Pd atteignant des tailles aussi petites que 3 nm sont confinées dans des matrices carbonées nano-poreuses. En comparant leurs propriétés d'hydrogénation à celles de l'alliage massif équivalent, on démontre non seulement que la cinétique de (dés)hydrogénation des nanoparticules est bien plus rapide, mais aussi que leur état hydrogéné est déstabilisé. Enfin, des nano-composites MgH2-TiH2 ont été synthétisés par broyage mécanique sous atmosphère réactive. L'ajout d'un catalyseur (TiH2) et la nano-structuration du Mg permettent de considérablement accélérer les cinétiques d'absorption et désorption d'hydrogène dans le Mg. Afin de comprendre le rôle de la phase TiH2 sur les propriétés cinétiques remarquables de ces nano-composites, leurs propriétés structurales ont été déterminées par diffraction des rayons X et des neutrons. L'existence d'une interface cohérente entre les phases Mg et TiH2 est d'importance majeure pour faciliter la mobilité de H au sein du nano-composite. De plus, il est démontré que les inclusions de TiH2 freinent la croissance de grain de Mg/MgH2, permettant ainsi de maintenir la nano-structuration des composés lors de leur cyclage
This thesis is dedicated to the study of novel magnesium-rich compounds for solid state hydrogen storage. The aim is to destabilize Mg hydride and accelerate its sorption kinetics by alloying and nanostructuration. The first family of compounds concerns the Mg6Pd1-xTMx (TM = Ni, Ag, Cu) pseudo-binary phases. Their structural properties and the effects of Pd substitution have been studied by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and electron microprobe analyses. Their thermodynamics and kinetics of hydrogenation have been determined by solid-gas reaction. Different hydrogenation mechanisms take place depending on the substituting element. The stability of the metal-hydrogen system is altered by the nature of the phases formed during hydrogenation reaction. Thus, metal to hydride transformation is characterized by at least two absorption plateau pressures. The pressure of the first plateau is similar to that of Mg/MgH2 while the second one occurs at higher pressure. The enthalpy and entropy of reaction are determined to quantify the destabilizing effect of Pd by TM substitution. Best desorption kinetics are found for the Ni containing alloy thanks to the catalytic effect of the Mg2NiH4 phase formed on hydrogenation. The second approach aims to combine alloying with nanostructuration effects. Nanoparticles of Mg6Pd as small as 3 nm are confined into nanoporous carbon matrix. By comparing their hydrogenation properties with those of the bulk alloy, we demonstrate that not only the (de)hydrogenation kinetics are much faster for the nanoparticles, but also that their hydrided state is destabilized. Finally, MgH2-TiH2 nanocomposites were synthesized by mechanical milling under reactive atmosphere. The addition of a catalyst (TiH2) and Mg nanostructuration allow strongly accelerating the sorption kinetics of hydrogen in Mg. To understand the role of the TiH2 phase on the outstanding kinetics of these nanocomposites, their structural properties have been determined by X-ray and neutron diffraction. The existence of a coherent interface between Mg and TiH2 phases is of major importance to facilitate H-mobility within the nanocomposite. Furthermore, it is shown that the TiH2 inclusions inhibit the Mg/MgH2 grain growth, thus maintaining the composites nanostructure during their cycling

Cette thèse est consacrée à l'étude de composés riches en magnésium innovants destinés au stockage solide de l'hydrogène. Le but est de déstabiliser l'hydrure de Mg et d'accélérer sa cinétique de sorption par des effets d'alliage et de nano-structuration. La première famille de composés concerne les phases pseudo-binaires Mg6Pd1-xMTx (MT = Ni, Ag, Cu). Leurs propriétés structurales et les effets de substitution du Pd ont été étudiés par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et microsonde de Castaing. Les propriétés thermodynamiques et cinétiques d'hydrogénation de ces matériaux ont ensuite été déterminées par réaction solide-gaz. Différents mécanismes d'hydrogénation sont mis en jeu en fonction de l'élément de substitution. La nature des phases formées lors de la réaction d'hydrogénation modifie la stabilité des systèmes métal-hydrogène. Ainsi, la transformation de métal à hydrure est caractérisée par au moins deux plateaux de pression. Le premier plateau a lieu à une pression proche de celle de Mg/MgH2, alors que le second se produit à pression plus élevée. La détermination des valeurs d'enthalpie et d'entropie de réaction ont permis de quantifier la déstabilisation atteinte. Les meilleures cinétiques de désorption sont obtenues pour l'alliage au Ni, grâce à l'effet catalytique de la phase Mg2NiH4 formée lors de l'hydrogénation. La seconde approche vise à combiner les effets d'alliage et de nano-structuration. Des nanoparticules de Mg6Pd atteignant des tailles aussi petites que 3 nm sont confinées dans des matrices carbonées nano-poreuses. En comparant leurs propriétés d'hydrogénation à celles de l'alliage massif équivalent, on démontre non seulement que la cinétique de (dés)hydrogénation des nanoparticules est bien plus rapide, mais aussi que leur état hydrogéné est déstabilisé. Enfin, des nano-composites MgH2-TiH2 ont été synthétisés par broyage mécanique sous atmosphère réactive. L'ajout d'un catalyseur (TiH2) et la nano-structuration du Mg permettent de considérablement accélérer les cinétiques d'absorption et désorption d'hydrogène dans le Mg. Afin de comprendre le rôle de la phase TiH2 sur les propriétés cinétiques remarquables de ces nano-composites, leurs propriétés structurales ont été déterminées par diffraction des rayons X et des neutrons. L'existence d'une interface cohérente entre les phases Mg et TiH2 est d'importance majeure pour faciliter la mobilité de H au sein du nano-composite. De plus, il est démontré que les inclusions de TiH2 freinent la croissance de grain de Mg/MgH2, permettant ainsi de maintenir la nano-structuration des composés lors de leur cyclage

Le monde d'aujourd'hui est confronté à l'épuisement imminent des combustibles fossiles et à de graves problèmes environnementaux, et il est urgent de trouver des sources d'énergie propres et renouvelables. L’énergie hydrogène, en tant que source d’énergie propre, est un candidat potentiel. Dans une économie de l’hydrogène basée sur l’hydrogène énergie, le stockage de l’hydrogène constitue le principal obstacle à son développement. Les hydrures métalliques ont attiré l'attention en raison de leur sécurité et de leurs propriétés élevées de stockage de l'hydrogène. La première génération d'alliage commercial de stockage d'hydrogène à base de LaNi5 présente d'excellentes performances de stockage d'hydrogène et a été largement utilisée dans divers domaines. Cependant, en raison de sa faible capacité de stockage d’hydrogène, il est difficile de répondre aux exigences de l’Union européenne en matière de matériaux de stockage d’hydrogène. Les scientifiques utilisent souvent une seule méthode d’optimisation, comme la substitution d’éléments, les nouvelles voies de synthèse, l’optimisation de surface, etc. Cependant, peu d’articles rapportent des méthodes d’optimisation combinant les deux méthodes.Dans ce travail, les premiers principes ont été utilisés pour sélectionner le meilleur élément Cr pour remplacer Ni. L'alliage mécanique a été utilisé pour synthétiser l'alliage LaNi5 et l'alliage LaNi4Cr. La micromorphologie et la composition des phases de différents échantillons produits avec différents paramètres de broyage à boulets ont été caractérisées par des tests SEM et XRD. Les performances de stockage de l'hydrogène de l'échantillon ont ensuite été testées, et les performances de stockage de l'hydrogène gazeux et les performances électrochimiques de l'échantillon ont été obtenues. Les propriétés de stockage de l'hydrogène de tous les échantillons ci-dessus sont comparées les unes aux autres et les résultats reflètent l'efficacité de la combinaison des méthodes d'alliage mécanique et de substitution d'éléments pour l'optimisation de LaNi5.De plus, une autre méthode d’optimisation de l’alliage LaNi5 a également été réalisée, à savoir sa combinaison avec la phase AB2 pour former l’alliage La4MgNi19. Un total de 6 ensembles de paramètres avec différents temps de broyage à billes et différents précurseurs ont été utilisés pour synthétiser l'alliage La4MgNi19. La composition des phases et les propriétés de stockage de l'hydrogène de tous les échantillons ont été obtenues et comparées aux propriétés de stockage de l'hydrogène de LaNi4Cr. Les résultats montrent que les performances de stockage de l'hydrogène de l'alliage La4MgNi19 sont meilleures que celles de l'alliage LaNi5, mais légèrement pires que celles de l'alliage LaNi4Cr.Enfin, à l’aide d’un logiciel de simulation, les paramètres de l’alliage LaNi4Cr ont été introduits dans le modèle éprouvé de réservoir de stockage d’hydrogène afin d’explorer les performances de cet alliage dans le réservoir de stockage d’hydrogène. Après avoir exploré les effets de différents paramètres sur le réservoir de stockage d’hydrogène, des conduites d’eau ont été ajoutées pour ajuster l’échange thermique. Les résultats montrent que les réservoirs de stockage d’hydrogène remplis de LaNi4Cr ont d’excellentes performances
Today's world is facing the imminent depletion of fossil fuels and serious environmental problems, and it is urgent to find clean and renewable energy sources. Hydrogen energy, as a clean energy source, is a potential candidate. In a hydrogen economy based on hydrogen energy, hydrogen storage is the biggest obstacle limiting its development. Metal hydrides have attracted attention due to their safety and high hydrogen storage properties. The first generation of commercial hydrogen storage alloy LaNi5-based alloy has excellent hydrogen storage performance and has been widely used in various fields. However, due to its low hydrogen storage capacity, it is difficult to meet the requires of the European Union for hydrogen storage materials. Scientists often use a single optimization method, such as element substitution, new synthetic routes, surface optimization, etc. However, few articles report optimization methods that combine the two methods.In this work, first principles were used to screen out the best element Cr to substitute Ni. Mechanical alloying was used to synthesize LaNi5 alloy and LaNi4Cr alloy. The micromorphology and phase composition of different samples produced with different ball milling parameters were characterized by SEM and XRD tests. The hydrogen storage performance of the sample was then tested, and the gaseous hydrogen storage performance and electrochemical performance of the sample were obtained. The hydrogen storage properties of all the above samples are compared with each other, and the results reflect the effectiveness of the combination of mechanical alloying and element substitution methods for the optimization of LaNi5.In addition, another optimization method of LaNi5 alloy was also carried out, that is, combining it with AB2 phase to form La4MgNi19 alloy. A total of 6 sets of parameters with different ball milling times and different precursors were used to synthesize La4MgNi19 alloy. The phase composition and hydrogen storage properties of all samples were obtained and compared with the hydrogen storage properties of LaNi4Cr. The results show that the hydrogen storage performance of La4MgNi19 alloy is better than that of LaNi5 alloy, but slightly worse than that of LaNi4Cr alloy.Finally, with the help of simulation software, the parameters of the LaNi4Cr alloy were introduced into the proven hydrogen storage tank model to explore the performance of this alloy in the hydrogen storage tank. After exploring the effects of different parameters on the hydrogen storage tank, water pipes were added to adjust the heat exchange. The results show that hydrogen storage tanks filled with LaNi4Cr have excellent performance

L'utilisation des combustibles fossiles (énergies non renouvelables) est responsable de l'augmentation de la concentration en gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Parmi les solutions de remplacement envisagées, l'hydrogène apparaît comme le vecteur énergétique le plus séduisant. Son stockage dans des intermétalliques permet d'obtenir des capacités massiques et volumiques (e.g. 140 g/L) supérieures à celles obtenues en voie liquide ou sous pression (respectivement 71 et 40 g/L). Dans les accumulateurs Nickel-Métal Hydrure (Ni-MH), l'électrode négative est constituée d'un composé intermétallique qui absorbe l'hydrogène de façon réversible dans des conditions normales de pression et de température. Ce travail de thèse vise d'une part, à synthétiser les alliages Mg2Ni1-xMnx (x =0, 0.125, 0.25, 0.375) et les alliages Mg2-xAlxNi (x = 0, 0.25) avec ou sans nanotubes de carbone (MWCNTs) par mécanosynthèse et d'autre part, d'étudier les effets des substitutions/additions sur la composition et la microstructure des alliages Mg2Ni afin d'améliorer leurs propriétés de stockage d'hydrogène.Les résultats obtenus montrent que les capacités de décharge des alliages Mg2Ni1-xMnx(x = 0, 0.125, 0.25, 0.375) augmentent avec le temps de broyage. Pour l'alliage Mg2Ni0.625Mn0.375 broyé durant 48 h, nous avons mis en évidence la formation d'une nouvelle phase Mg3MnNi2 qui est relativement stable. Par conséquent, Mg3MnNi2 est capable d'améliorer de manière significative la stabilité des cycles tout en maintenant une capacité de décharge relativement élevée.Les résultats obtenus par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) en utilisant le programme CASTEP montrent d'une part, que les paramètres de maille et les coordinations atomiques sont en parfait accord avec les résultats expérimentaux. D'autre part, que la stabilité des phases décroit graduellement selon l'ordre suivant : Mg2Ni sans aucune substitution >Mg3MnNi2 > Mg2Ni avec substitution par Mn.L'addition de nanotubes de carbone et de Al ont des effets synergétiques sur la capacité de stockage d'hydrogène électrochimique dans le cas des alliages Mg2-xAlxNi (x = 0, 0.25) + 5 wt.% MWCNTs.

Plusieurs verrous scientifiques et technologiques empêchent aujourd'hui de développer une technique et/ou un matériau qui permette de stocker une quantité importante d'hydrogène à pression et température ambiante dans un volume et un poids acceptable pour des applications embarquées. Une possible solution consiste à synthétiser des matériaux hybrides (matériaux poreux/métaux ou alliages) où les processus d'adsorption et d'absorption pourraient coopérer pour obtenir une capacité de stockage d'hydrogène en adéquation avec les besoins des applications. Notre travail a consisté à identifier et caractériser différents matériaux poreux ayant une organisation de pores bien définie et une taille de l'ordre de quelques nanomètres. Parmi eux, ont été choisis : une réplique de carbone (CT) et un réseau organométallique (MOF-5). De plus, plusieurs métaux nobles (Ni, Pd et Pt) ont été choisis pour leur facilité à dissocier l'hydrogène et à former des alliages (Pd-Ni) avec différentes compositions en milieu aqueux (oxydant). Une méthode d'imprégnation par voie chimique ainsi que le broyage mécanique ont été utilisés pour la synthèse des hybrides. L'étude des propriétés structurales, texturales et thermodynamiques (hydrogénation) des composites CT/Pd a montré qu'un effet coopératif existe entre les pores du CT et les nanoparticules métalliques pendant le processus d'ad/absorption d'hydrogène. Cette interaction entraîne une amélioration de la capacité d'hydrogénation par rapport à chacun des constituants de l'hybride.

Ce travail concerne l'étude de la faisabilité de l'insertion électrochimique de l'hydrogène dans le carbure de titane sous-stoechiométrique de formule TiCx obtenu par des procédés de frittage réactifs conventionnels (naturel et sous charge) et sous forme de couches minces par pulvérisation cathodique magnétron. L'insertion électrochimique de l'hydrogène dans ce matériau dépend grandement de plusieurs facteurs : le procédé d'élaboration, la structure cristalline et la stoechiométrie du carbure. Le frittage sous charge des carbures TiCx avec x inférieur ou égal a 0,70 mènent à l'obtention d'une structure cristalline ordonnée où les plans (111) de carbone sont partiellement vides permettant l'insertion de l'hydrogène dans le matériau. A l'inverse, les carbures préparés par frittage naturel à haute température (2100°C) ne permettent pas l'insertion de l'hydrogène quelle que soit la stoechiométrie du carbure car les lacunes de carbone sont désordonnées dans leur structure cristalline. Néanmoins, il est possible d'ordonner ces lacunes de carbones par des recuits thermiques à basse température (730°C) et d'identifier de nouveau les plans (111) de carbone partiellement vides comme responsable de l'insertion de l'hydrogène dans le carbure de titane dont le coefficient de diffusion a ete estimé a 1,2 X 10-13 cm2. S-1 dans TiC0,60. La réaction électrochimique d'oxydation du carbure de titane a aussi été étudiée, où il est démontré que le carbure de titane s'oxyde en TiO2 avec un rejet de CO2
This work deals with the feasibility of the electrochemical hydrogen insertion into the substoichiometric titanium carbides TiCx (0. 5 ≤ x ≤ 1) obtained by conventional reactive sintering (natural and hot pressing), and under the form of thin films, as obtained by magnetron reactive sputtering. The electrochemical hydrogen insertion in this material strongly depends on several parameters : (i) the elaboration process ; (ii) the crystalline structure ; and (iii) the stoichiometry of the carbide. The carbides TiCx obtained by hot pressing with x lower or equal to 0. 70 present an ordered crystalline structure where the (111) carbon plans are partially empty, allowing the hydrogen insertion into the material. On the contrary, the carbides prepared by reactive sintering at high temperature (2100°C) do not allow the hydrogen insertion whatever the carbide stoichiometry, because of the disorder of the carbon vacancies inside the crystalline structure. Nevertheless, it is possible to order these carbon vacancies by annealing at low temperature (730°C), this treatment rendering again the carbon plans (111) partially empty, and so, allowing the hydrogen to penetrate inside the titanium carbide with a diffusion coeffcient estimated at 1. 2 X 10-13 cm2. S-1 in TiC0. 60. The electrochemical reaction of oxidation of the titanium carbide was also studied, and it is demonstrated that TiC oxidizes into TiO2 accompanied by a CO2 release

Ce travail porte sur l'étude expérimentale du stockage d'hydrogène par adsorption dans des carbones nanostructurés. Il a été rédigé en trois parties: une étude approfondie de la bibliographie, la mise en place d'un banc d'essais destiné à quantifier le pourcentage gravimétrique d'hydrogène stocké par les carbones, et finalement la mesure du stockage d'hydrogène dans deux familles de carbones nanostructurés étudiées au sein du laboratoire. L'étude bibliographique met en avant les différents moyens de stockage d'hydrogène actuellement disponibles (compression et liquéfaction) et se concentre essentiellement sur les techniques expérimentales de mesure du stockage d'hydrogène par adsorption et les problèmes qu'elles peuvent susciter. Un regard critique est également porté sur la forte variation des différents résultats publiés dans la littérature. Le banc d'essais mis en place a été conçu pour mesurer la capacité de stockage d'hydrogène pour une masse importante de matière, de l'ordre de 10 grammes, et est basé sur le principe d'une mesure volumétrique de la quantité d'hydrogène désorbé par le carbone à la température de 25°C et une pression de 100 bars. Deux calculs ont été mis en place: un calcul détermine le pourcentage gravimétrique en comparaison à un système en compression et un autre le pourcentage gravimétrique intrinsèque des carbones. En parallèle à ces calculs, un calcul d'erreur a été fait, et le banc d'essais a été calibré grâce à trois moyens différents. Les carbones nanostructurés étudiés sont issus de deux procédés: un procédé sol-gel permettant de produire des aérogels de carbone et un procédé plasma à haute température, permettant la synthèse de différentes variétés de nanostructure de carbone. Tous les échantillons, après avoir été préalablement caractérisés morphologiquement, ont été testés selon le même protocole expérimental mis en place et les résultats ont montré des valeurs de stockage d'hydrogène inférieures à 0,5 pour cent d'hydrogène en masse.