Étude de deux types d'hydrures métalliques pour le stockage réversible de grandes quantités d'hydrogène

Study on two types of metallic hydrides for reversible storage of large hydrogen amounts

• Auteur / Autrice : Jean Charbonnier
• Direction : Patricia de Rango, Daniel Fruchart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanosynthèse

Magnésium

Stockage

Hydrogène

Résumé

La présente étude s'est intéressée au stockage de 1 'hydrogène dans deux types d 'hydrures métalliques, depuis l'élaboration de composés aux propriétés remarquables jusqu'à la conception d'un prototype de réservoir. Concernant les alliages à structure cubique centrée, nous nous sommes attaché dans un premier temps à déstabiliser l 'hydrure stable de vanadium a en modifiant la nature des atomes coordinant les sites cristallographiques occupés par l'hydrogène. Dans un second temps, l'élaboration d'une microstructure spécifique, comprenant une phase activante et une matrice de stockage, a permis l'obtention de composés extrêmement réactifs avec une capacité de stockage réversible importante et stable lors des cycles de sorption de l'hydrogène. Lors de l'étude réalisée sur 1 'hydrure de magnésium, nous avons déterminé l'influence et l'optimum des paramètres de la mécanosynthèse de MgH2 avec un métal de transition. Le broyage énergétique a permis d'obtenir les meilleures propriétés cinétiques en favorisant la création de sites de nucléation impliquant les atomes de métaux additifs. Une étude d' « upscalling » a par ailleurs abouti à un procédé de synthèse de lots de MgH2 nanostructurés de 1 kg aux propriétés identiques aux échantillons de laboratoire. Un prototype de réservoir à hydrures métalliques pour le stockage de l'hydrogène, largement modulable, a finalement été conçu et permettra l'étude de échanges thermiques au sein du réservoir et de la charge destinée au stockage de l'hydrogène.

The main subject ofthis study is hydrogen storage in two types ofmetal hydrides, from the synthesis of compounds with remarkable properties to the design of a tank prototype. Concerning the body centered cubic aIloys, we first aim at destabilizing the stable a vanadium hydride by modifYing the surroundings atoms of crystallographic sites occupied by hydrogen. Ln a second time, the elaboration of a specific microstructure, including an activating phase and storing matrix, lead us to extremely reactive compounds with a high storage capacity moreover stable while cycling. During the study of the magnesium hydride, we determined the influence and the optimum of MgH2 mechanical aIloying with a transition metal. The best kinetic properties have been obtained using energetic milling through the creation of numerous nucleation sites thanks to additive metal atoms. Ln addition, an upscaling study succeeds in the production of nanostructured MgH2 batches of 1 kg with similar properties compared to l!lboratory samples. . A metal hydride tank prototype for hydrogen storage, with a greatly flexible configuration, has finally been developed and will be the cornerstone of the thermal exchanges study in the tank and in the storing hydrogen compound.