Titre de série : | Mémoire Master d'ingénierie Energie | Titre : | Design and development of high storage capacity complex hydrides for reversible hydrogen storage in vehicles | Type de document : | texte imprimé | Auteurs : | Beatrice Christelle Biagwoul | Année de publication : | 2012 | Importance : | 53p. | Langues : | Français (fre) | Résumé : | Dans ce mémoire, nous avons procédé à la synthèse et à l’analyse des nouveaux hydrures complexes plus légers destinés au stockage réversible de l’hydrogène. Les hydrures métalliques ont une bonne capacité de stockage d'hydrogène, mais possèdent une cinétique lente, un problème d’irréversibilité et des barrières d'énergie d'activation élevée. Par conséquent, ces hydrures métalliques exigent souvent des températures très élevées (>350°C) pour libérer de l'hydrogène. Ce comportement rend difficile leur utilisation à grande échelle dans les applications de stockage d'hydrogène. Nous présentons dans cette étude, une approche unique qui est la synthèse du processus mécano-chimique des matériaux à l’état solide par le broyage à boulets à haute énergie. Elle se fait à une vitesse de rotation constante de 400 tr/min, mais avec différentes durées de broyage. De cette synthèse, huit nouveaux hydrures complexes ont été élaborés et chacun d'eux est caractérisé à l'aide du Pression-Composition isothermes (PCT), l’analyseur des gaz résiduels ou le spectromètre de masse (RGA/MS) et la Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR), afin de déterminer leurs propriétés chimiques et de sorption d'hydrogène. De cette étude, il résulte que les nouveaux hydrures complexes synthétisés à partir des éléments légers tels que le Lithium, magnésium, bore, aluminium etc. ont montré un comportement physique et chimique excellents. Ceci se démontre par des énergies d'activation plus basses, des plus grandes capacités réversibles de stockage d'hydrogène (supérieur à 6%) à des températures inférieures à 350°C et des cinétiques plus rapides que les hydrures métalliques conventionnelles. Cependant, l’analyse des gaz résiduels a révélé l'évolution de certains gaz indésirables et toxiques tels que l'ammoniac (NH3) et le diborane (B2H6), en plus de l'hydrogène. La libération de ces gaz toxiques a été finalement supprimée en faisant plus de synthèse en présence de catalyseurs et aussi par des cycles consécutifs d’hydrogénation et de déshydrogénation. Des divers hydrures complexes développés, deux nouveaux systèmes tels que Li-nMg-B-N-H et le BNH6-nMgH2 se distinguent comme étant des matériaux de stockage d'hydrogène réversible et efficaces pour les applications automobiles (pile à combustible).
ABSTRACT : In this thesis, we have developed and synthesized novel light weight complex hydrides for reversible hydrogen storage. Metal hydrides have a good hydrogen storage capacity but possess slow kinetics, irreversibility and high activation energy barriers. Therefore these metal hydrides often require very high temperatures (>350°C) to release hydrogen. This behavior makes difficult for their wide usage in hydrogen storage applications. We have extensively employed a unique synthesis approach of solid state mechano-chemical process via high energy ball milling at a constant rotational speed of 400rpm but with varying milling durations. From this synthesis process, eight new complex hydrides have been prepared and each of them were characterized using the Pressure-Composition Isotherms (PCT), Residual Gas and/or Mass Spectrometric analysis (RGA/MS) and the Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) to determine their chemical and hydrogen sorption properties. The as-synthesized new complex hydrides developed from this work bearing light weight elements such as Lithium, Magnesium, Boron, Aluminum etc. in this present study, excel in physical and chemical behavior in terms of lower activation energies, higher reversible hydrogen storage capacity ≥6wt% at operating temperatures below 350°C and faster reaction kinetics than the conventional metal hydride counterparts. Unfortunately, their residual gas analysis has revealed the evolution of some undesired and toxic gases such as ammonia (NH3) and di-borane (B2H6) in addition to the release of hydrogen. But the release of these toxic gases was eventually suppressed by further synthesis in presence of catalysts and also by consecutive hydrogenation-dehydrogenation cycling. Among the various complex hydrides developed, two novel systems such as Li-nMg-B-N-H and BNH6-nMgH2 distinguish themselves as being efficient reversible hydrogen storage materials for on-board (fuel cell) vehicular applications |
Mémoire Master d'ingénierie Energie. Design and development of high storage capacity complex hydrides for reversible hydrogen storage in vehicles [texte imprimé] / Beatrice Christelle Biagwoul . - 2012 . - 53p. Langues : Français ( fre) Résumé : | Dans ce mémoire, nous avons procédé à la synthèse et à l’analyse des nouveaux hydrures complexes plus légers destinés au stockage réversible de l’hydrogène. Les hydrures métalliques ont une bonne capacité de stockage d'hydrogène, mais possèdent une cinétique lente, un problème d’irréversibilité et des barrières d'énergie d'activation élevée. Par conséquent, ces hydrures métalliques exigent souvent des températures très élevées (>350°C) pour libérer de l'hydrogène. Ce comportement rend difficile leur utilisation à grande échelle dans les applications de stockage d'hydrogène. Nous présentons dans cette étude, une approche unique qui est la synthèse du processus mécano-chimique des matériaux à l’état solide par le broyage à boulets à haute énergie. Elle se fait à une vitesse de rotation constante de 400 tr/min, mais avec différentes durées de broyage. De cette synthèse, huit nouveaux hydrures complexes ont été élaborés et chacun d'eux est caractérisé à l'aide du Pression-Composition isothermes (PCT), l’analyseur des gaz résiduels ou le spectromètre de masse (RGA/MS) et la Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR), afin de déterminer leurs propriétés chimiques et de sorption d'hydrogène. De cette étude, il résulte que les nouveaux hydrures complexes synthétisés à partir des éléments légers tels que le Lithium, magnésium, bore, aluminium etc. ont montré un comportement physique et chimique excellents. Ceci se démontre par des énergies d'activation plus basses, des plus grandes capacités réversibles de stockage d'hydrogène (supérieur à 6%) à des températures inférieures à 350°C et des cinétiques plus rapides que les hydrures métalliques conventionnelles. Cependant, l’analyse des gaz résiduels a révélé l'évolution de certains gaz indésirables et toxiques tels que l'ammoniac (NH3) et le diborane (B2H6), en plus de l'hydrogène. La libération de ces gaz toxiques a été finalement supprimée en faisant plus de synthèse en présence de catalyseurs et aussi par des cycles consécutifs d’hydrogénation et de déshydrogénation. Des divers hydrures complexes développés, deux nouveaux systèmes tels que Li-nMg-B-N-H et le BNH6-nMgH2 se distinguent comme étant des matériaux de stockage d'hydrogène réversible et efficaces pour les applications automobiles (pile à combustible).
ABSTRACT : In this thesis, we have developed and synthesized novel light weight complex hydrides for reversible hydrogen storage. Metal hydrides have a good hydrogen storage capacity but possess slow kinetics, irreversibility and high activation energy barriers. Therefore these metal hydrides often require very high temperatures (>350°C) to release hydrogen. This behavior makes difficult for their wide usage in hydrogen storage applications. We have extensively employed a unique synthesis approach of solid state mechano-chemical process via high energy ball milling at a constant rotational speed of 400rpm but with varying milling durations. From this synthesis process, eight new complex hydrides have been prepared and each of them were characterized using the Pressure-Composition Isotherms (PCT), Residual Gas and/or Mass Spectrometric analysis (RGA/MS) and the Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) to determine their chemical and hydrogen sorption properties. The as-synthesized new complex hydrides developed from this work bearing light weight elements such as Lithium, Magnesium, Boron, Aluminum etc. in this present study, excel in physical and chemical behavior in terms of lower activation energies, higher reversible hydrogen storage capacity ≥6wt% at operating temperatures below 350°C and faster reaction kinetics than the conventional metal hydride counterparts. Unfortunately, their residual gas analysis has revealed the evolution of some undesired and toxic gases such as ammonia (NH3) and di-borane (B2H6) in addition to the release of hydrogen. But the release of these toxic gases was eventually suppressed by further synthesis in presence of catalysts and also by consecutive hydrogenation-dehydrogenation cycling. Among the various complex hydrides developed, two novel systems such as Li-nMg-B-N-H and BNH6-nMgH2 distinguish themselves as being efficient reversible hydrogen storage materials for on-board (fuel cell) vehicular applications |
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