Alliages multi-élémentaires comme matériaux innovants pour le stockage solide de l’hydrogène

Multi-element alloys as innovative materials for the solid storage of hydrogen

• Auteur / Autrice : Kylia Marcus
• Direction : Laetitia Laversenne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Claudia Livia Zlotea
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Pascal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Louis Bobet, Thierry Grosdidier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogène

Mots clés libres

Alliages multi-Élémentaires

Stockage solide

Hydrogène

Multi-Element alloys

Solid state storage

Hydrogen

Résumé

Les alliages à éléments principaux multiples (MPEA) constituent une nouvelle catégorie d'alliages intéressante pour le stockage de l'hydrogène. Contrairement à un alliage conventionnel dans lequel 1 ou 2 éléments sont ajoutés en petite quantité à un élément à forte concentration, ici au moins 4 éléments sont mélangés dans des proportions quasi égales. Selon les compositions, l'augmentation de l'entropie de mélange peut permettre la formation d'une solution solide monophasée (de structure cubique ou hexagonale principalement). La pression d'équilibre est généralement inférieure à 1 bar, ce qui signifie que l'hydrure présente une grande stabilité thermodynamique. Cette faible valeur de la pression d'équilibre ne convient pas aux applications de stockage, car la réaction de déshydruration nécessite une quantité d'énergie conséquente pour se produire. Dans le but d'améliorer le premier plateau de pression d'équilibre, de nouvelles compositions sont conçues sur la base de la classification de type AB, avec A un élément formant un hydrure stable et B un élément formant un hydrure instable. Cette thèse porte sur la synthèse, les études microstructurales et structurales et des propriétés de sorption d'alliages à quatre éléments, principalement des éléments de transition.

Multiple principal element alloys (MPEAs) are an interesting new class of alloys for hydrogen storage. Unlike a conventional alloy in which 1 or 2 elements are added in small quantities to a high-concentration element, here at least 4 elements are mixed in almost equal proportions. Depending on the composition, the increase in mixing entropy can lead to the formation of a single-phase solid solution (mainly cubic or hexagonal in structure). Equilibrium pressure is generally less than 1 bar, which means that the hydride is thermodynamically stable. This low equilibrium pressure is not suitable for storage applications, as the dehydridation reaction requires a significant amount of energy to occur. In order to improve the first equilibrium pressure plateau, new compositions are designed on the basis of the AB type classification, with A a stable hydride-forming element and B an unstable hydride-forming element. This thesis deals with the synthesis, microstructural and structural studies and sorption properties of four-element alloys, mainly transition elements.