Étude de l'élaboration de nanocomposites à base de magnésium pour le stockage d'hydrogène par broyage à haute énergie et déformation plastique sévère

Study of the synthesis and processing of magnesium based nanocomposites for hydrogen storage using high-energy ball milling and severe plastic deformation

• Auteur / Autrice : Daniel Rodrigo Leiva
• Direction : Daniel Fruchart, Walter José Botta Filho, Salvatore Miraglia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux, nanostructures
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble 1 en cotutelle avec Universidade federal de São Carlos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanocomposites

Hydrures

Résumé

Les alliages nanocrystallines et les nanocomposites à base de magnesium sont des matériaux prometteurs pour le stockage d'hydrogène dans l'état solide, pour offrir une plus grande sécurité et efficaté de stockage que le H2 aux états gazeux ou liquide. Dans ce travail, la synthèse et l'élaboration de ces matériaux par les techniques de broyage à haute énergie (HEBM – High-energy Ball milling) et de déformation plastique sévère (SPD – Severe Plastic Deformation) ont été étudiés. Nanocomposites à base de MgH2 et de Mg2FeH6 ont été préparés par broyage réactif sous atmosphère d'hydrogène (une technique de HEBM) sous plusieurs conditions, pour obtenir une meilleure compréhension des effets des différents paramètres d'élaboration sur la synthèse des hydrures. De plus, l'utilisation des techniques de SPD de torsion sous haute pression (HPT – High-pressure Torsion) et extrusion en canal angulaire (ECAP – Equal Channel Angular Pressing) ont été explorés pour composer des routes d'élaboration de mélanges réactifs à base de Mg pour le stockage de H2. Les matériaux preparés par les différentes méthodes ont été caracterisés par des techniques d'analyse structurale comme, parmi d'autres, difraction de rayons-X, microscopie optique, microscopie electronique en transmission et à balayage. Le comportement pendant la désorption a été étudié par calorimetrie différentielle de balayage, et des échantillons séléctionnés on été soumis à cycles d'absorption et désorption de H2 pour mesures cinétiques. La corrélation des résultats pour les plusieurs systèmes à base de Mg a permis l'obténtion d'un meilleur contrôle de la synthèse des nanocomposites et une meilleure connaissance du potentiel d'utilisation des techniques de SPD pour composer des routes d'élaboration en envisageant les applications pour le stockage d'hydrogène.

Mg-based nanocrystalline alloys or nanocomposites are promising materials for hydrogen storage in the solid state, being more effective and safe storing media than pressurized or liquefied hydrogen. In this work, the synthesis and processing of theses materials by high-energy ball milling (HEBM) and severe plastic deformation (SPD) were studied. MgH2- and Mg2FeH6- based nanocomposites were prepared by reactive milling under hydrogen atmosphere using different conditions in order to clarify the effects of several processing parameters in the hydride synthesis. Beside this, the use of the SPD techniques of high-pressure torsion (HPT) and equal-channel angular extrusion (ECAP) was explored to compose processing routes for Mg-based reactive mixtures for hydrogen storage. The materials prepared by the different methods were characterized by structural analysis techniques as, among others, X-ray diffraction, optical microscopy, scanning and transmission electron microscopy. The desorption behavior was studied by differential scanning calorimetry and selected samples were submitted to H-sorption cycles for kinetic measurements. The correlation of the results for the different Mg-based systems has promoted a better control of the synthesis of the nanocomposites by reactive milling and also a better knowledge of the potential of use of the SPD techniques in the composition of processing routes aiming hydrogen storage applications.