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Soutenance de thèse

Jeudi 11 Juillet à 10h30,
Salle des séminaires, Bât. A

Orateur : Damien Planté
"Élaboration d’un alliage métallique de structure cubique centrée pour le stockage portatif de l’hydrogène"

Abstract

Cette étude s’inscrit dans le cadre du stockage de l’hydrogène pour des applications mobiles de faibles puissances électriques. Elle a été réalisée dans le cadre du projet FUI HyCAN. L’objectif était la formulation et la fonctionnalisation d’un alliage métallique de structure cubique corps centrée. Ces solutions solides désordonnées sont à base de vanadium qui présente initialement une bonne réactivité vis-à-vis de l’hydrogène. Cependant la thermodynamique du système V-H ne permet pas une utilisation pour des températures inférieures à 40°C, son coût est prohibitif et sa mise en œuvre en milieu industriel nécessite quelques précautions. Nous avons travaillé sur trois grandes familles d’alliages à base de vanadium. Les alliages de Ti-V-Cr ont été étudiés au rayonnement synchrotron par diffraction X in operando dans le but de comprendre les transformations structurales observables lors de l’hydruration et de les relier à la thermodynamique des composés. Dans un second temps, le cahier des charges du projet nous a orienté vers des composites à base de vanadium dans lesquels nous développons une structure intergranulaire permettant une meilleure activation et une déstabilisation contrôlée de l’hydrure pour atteindre des températures de fonctionnement proche de 0°C. L’utilisation du ferro-vanadium en tant que précurseur a motivé l’étude des alliages de type Ti-V-Fe et Ti-V-Fe-Cr. La viabilité des solutions de stockage sur la base de ces matériaux est discutée. Tout au long de ces travaux la relation microstructure/propriété de sorption de l’hydrogène est systématiquement discutée et des modèles empiriques décrivant l’équilibre de l’hydrure sont systématiquement confrontés à la base bibliographique.

Enfin, une partie de l’étude est consacrée à l’étude et à la modélisation des réservoirs en condition de fonctionnement, d’un point de vue de la thermique, du respect des normes de sécurité et des contraintes mécaniques générées par le lit de poudre réactif

This study has been carried out in the framework of solid state hydrogen storage for mobile applications with low electrical power. It was conducted under the FUI project HyCAN. The objective was to develop and functionalize a bcc alloy. Such disordered solid solutions are based on vanadium, which initially has a good reactivity in relation to hydrogen. However, the thermodynamics of V-H system does not allow applications below 40 ° C, the cost is prohibitive and its implementation in industrial environments is not straightforward. We worked on three major families of vanadium alloys. Alloys Ti-V-Cr have been studied by in operando synchrotron radiation X-ray diffraction in order to understand the observable structural transformations that take place during hydrogenation and then to link them to the thermodynamics of compounds. In a second step, the specifications of the project directed us towards vanadium composites in which we develop an intergranular structure for a better controlled activation and destabilization of the hydride so as to reach operating temperatures near 0 ° C. The use of ferro-vanadium as a precursor prompted the study of alloys in the Ti-V-Fe and Ti-V-Cr-Fe systems. The viability of storage solutions on the basis of these materials is discussed. Throughout the course of this work the relationship between microstructure and hydrogen sorption properties is systematically discussed and empirical models describing the hydride equilibrium are routinely faced with the bibliographic database.

Finally, part of the study is devoted to the study and modeling of reservoirs in operating condition, from the point of view of heat exchange, compliance with safety standards and mechanical stresses generated by the bed reactive powder.

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