Etude de nouvelles formes de matériaux basés sur le magnésium pour le stockage réversible de grandes quantités d'hydrogène : effet d'addition d'éléments de transition

par Grégory Girard

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Sous la direction de Daniel Fruchart et de Salvatore Miraglia.

Soutenue en 2009

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    L’objectif de cette thèse est l’étude de nouvelles formes d’activation de matériaux à base de MgH2 en vue du stockage réversible de grandes quantités d’hydrogène. La température assez élevée de la réaction du magnésium à l’hydrogène est considérée être un frein à de nombreuses applications. Ici, de nouveaux alliages de formule Ca-Mg-Ni ont été élaborés pour permettre de travailler à des températures plus basses. Cependant leur capacité de stockage reste plus faible quoique déjà meilleure que la référence LaNi5. Sachant que la cinétique d’hydruration est favorisée dans des matériaux présentant une microstructuration très fine voir une taille de grains nanométrique, un travail pionnier a été réalisé en utilisant le procédé d’extrusion ECAP, en référence au procédé standard par « ball milling ». L’hydruration des matériaux extrudés a ensuite été mise en œuvre de façon convaincante. Si le broyage de MgH2 avec additifs de type métaux de transition conduit à des cinétiques de sorption rapides avec la création de cristallites nanostructurés, la réduction de la taille des interfaces avec les particules d’additif a été simulée à partir de couches nanométriques déposées par DLP afin de tenter de mieux comprendre le phénomène d’activation rentrant en jeu lors de l’hydruration du magnésium. Enfin, l’étude d’hydrures ternaires métastables élaborés sous hautes températures et hautes pressions a été effectuée afin d’analyser l’activation du magnésium atomiquement « dopé » de façon structurale.


  • Résumé

    The aim of this thesis was the principles of activation of MgH2 based materials for fast and reversible hydrogen storage. The relatively high temperature of reaction of hydrogen with magnesium is said a brake for a systematic application in terms of hydrogenstorage. Here, new alloys of Ca-Mg-Ni formula allowing working close to room temperature were characterised. Although weaker storage capacity was realised, it overpasses that of the reference LaNis. If hydrogen sorpion kinetics are commonly improved when exhibiting a fme microstructure up to nanometric crystallites, here an original work was devoted to the use of extrusion ECAP process. Activation of extruded Mg-based alloys was achieved successfully. Ball-milling of MgH2 powders with small amount of selected 3-d transition metals leads to marked improvements of the hydrogen absorptionldesorption kinetics of nanostructured powders. The diffusion mechanism involving the fine interfaces created in PLD deposits allows understanding the so-called catalytic process in a multilayer. Finally, the study of new alloys as synthesized under high-temperature and high-pressure was undertaken to understand the activation at atomic scale but in ternary metastable hydrides.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (233 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 106 réf.

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS09/GRE1/0177/D
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