Academic literature on the topic 'Stockage d'hydrogène'

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<br>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.

Le stockage d'hydrogène en phase solide sous forme d'hydrures, est l'une des solutions non-polluantes futures pour le stockage et le transport de l'énergie. Parmi les matériaux candidats, LiBH4 a été sélectionné vu sa capacité gravimétrique élevée en hydrogène (jusqu'à 13,6 % H2 en masse). Ce matériaux possède des propriétés thermodynamiques et cinétiques insuffisamment établies pour comprendre son comportement dans les applications futures. Sa décomposition peut être facilitée en présence de l'hydrure MgH2. Ainsi, le composite MgH2-xLiBH4<br>Hydrides for solid-state hydrogen storage are one of the future solutions - pollutant free - for the storage and the transport of energy. Among the candidates, LiBH4 was selected considering its high gravimetric hydrogen capacity (up to 13.6 wt.% H2). This material has thermodynamic and kinetic properties insufficiently established to be included in future applications. Its decomposition can be facilitated within the presence of the hydride MgH2. Thus, the composite MgH2-xLiBH4 (0&lt; x&lt; 3.5) reactivated by high energy ball-milling, was studied regarding its microstructural properties and stability of the phases. The desorption reaction of hydrogen, with or without additives, shows the appearance of additional phases accompanying the principal reaction. Heat capacity measurements of LiBH4 revealed the presence of an abnormal behaviour before the polymorphous transition (Ttrs = 386 K), attributed to the increase of crystal defects in agreement with the existence of a hypo-stoichiometric domaine LiBH4-ε observed at higher temperatures. The stability of the three-phase system LiBH4-LiH-B was studied resulting to the principal reaction of decomposition: LiBH4(s,l) → LiH(s) + B(s) + 1,5H2(g). Vapour pressure measurements of LiBH4 showed that H2 is the major component of decomposition with minor species such as B2H6 and BH3. The thermodynamic properties of LiBH4 were critically assessed, gathering the new data with those existing in the literature, in the aim of modelling of reactions occurring in hydride mixtures

L'hydrogène, qui est un vecteur d'énergie propre, pose des problèmes de stockage en raison de sa faible densité. L'utilisation de réseaux métallo-organiques (MOFs), qui sont des structures cristallines avec une porosité et une surface élevées, permet une adsorption efficace de l'hydrogène au niveau moléculaire. Ce mémoire de thèse se concentre sur l'exploration des propriétés thermiques des MOFs MIL-101 (Cr) et MIL-101 (Fe), et de leur association avec de l'oxyde de graphène réduit (rGO), pour des applications dans le cadre du stockage de l'hydrogène. Les propriétés thermiques analysées, cruciales pour maintenir un stockage et une libération efficaces de l'hydrogène, sont la capacité thermique, l'effusivité thermique, la conductivité thermique et la diffusivité thermique. L'inclusion de rGO a été étudiée comme moyen d'améliorer ces propriétés car il a une excellente conductivité thermique et une grande stabilité structurelle. La synthèse expérimentale et la caractérisation des composites MOF/rGO ont été réalisées et les résultats ont démontré des performances différentes pour chaque MOF malgré une structure comparable, le centre métallique étant différent. Le MIL-101 (Cr) a une meilleure porosité et une plus grande conductivité thermique que le MIL-101 (Fe). En revanche, les performances du MIL-101 (Fe) avec l'oxyde de graphène réduit sont meilleures et plus stables en raison de l'homogénéité et de la dispersion correcte du rGO due à la réalisation du composite par synthèse au lieu d'un assemblage physique comme dans le cas du MIL-101 (Cr)<br>While hydrogen represents a clean energy carrier, it poses storage challenges due to its low density. The use of metal-organic frameworks (MOFs), which are crystalline structures with high porosity and surface area, allows efficient hydrogen adsorption at the molecular level. This thesis focuses on exploring the thermal properties of MOFs MIL-101 (Cr) and MIL-101 (Fe), and their association with reduced graphene oxide (rGO), for applications in hydrogen storage. The thermal properties analyzed, crucial to maintain efficient hydrogen storage and release, are heat capacity, thermal effusivity, thermal conductivity, and thermal diffusivity. The inclusion of rGO was investigated as a means to improve these properties, as it has excellent thermal conductivity and high structural stability. Experimental synthesis and characterization of MOF/rGO composites were performed and the results demonstrated different performances for each MOF despite a comparable structure, the metal center being different. The MIL-101 (Cr) has better porosity and higher thermal conductivity than the MIL-101 (Fe). On the other hand, the performances of the MIL-101 (Fe) with reduced graphene oxide are better and more stable because of the homogeneity and proper dispersion of the rGO due to realization of the composite by synthesis instead of physical assembly as in the case of the MIL-101 (Cr)

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<br>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

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<br>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