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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article décrit un ensemble de travaux qui ont valu à leurs auteurs l'attribution du prix Yves Rocard de la Société française de physique en octobre 2012. Cette innovation a été récompensée en 2023 par le Prix de l’inventeur européen décerné l'Office européen des brevets.
RÉSUMÉ
Le stockage solide de l'hydrogène sous forme d'hydrure de magnésium (MgH2) permet la conversion à grande échelle de l'énergie électrique, notamment d'origine renouvelable. Des poudres nanostructurées très réactives sont obtenues par cobroyage de MgH2 et de métaux de transition. Après compaction avec du graphite expansé, ces poudres conduisent à des matériaux composites performants en termes de capacité de stockage et de cinétique de sorption de l'hydrogène. Les réactions d'hydruration (déshydruration) étant fortement exothermiques (endothermiques), le développement de réservoirs performants impose une gestion thermique pointue. Des outils numériques et analytiques ont été développés afin d'aider à la conception de ces systèmes de stockage.
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Solid state hydrogen storage under the form of magnesium hydride (MgH2) allows for the large-scale conversion of electrical energy, including renewable sources. Highly reactive nanostructured powders are obtained by the co-milling of MgH2 with transition metals. After compaction with expanded graphite, these powders allow for the production of composite materials with high storage capacity and very good kinetics of hydrogen sorption. As hydrogenation (dehydrogenation) reactions are strongly exothermic (endothermic), the development of performing tanks requires a state-of-the-art thermal management. Analytical and numerical tools have been developed in order to assist in the design of these storage systems.
Auteur(s)
-
Patricia DE RANGO : Directeur de recherche Institut Néel et CRETA, CNRS, Grenoble, France
-
Daniel FRUCHART : Directeur de recherche Institut Néel et CRETA, CNRS, Grenoble, France
-
Philippe MARTY : Professeur à l'université Joseph Fourier Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels, UJF, Grenoble, France - Cet article décrit un ensemble de travaux qui ont valu à leurs auteurs l'attribution du prix Yves Rocard de la Société française de physique en octobre 2012. Ce prix est destiné à récompenser une innovation ayant entraîné un transfert technologique
INTRODUCTION
Domaine : Stockage de l'énergie
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Stockage solide de l'hydrogène dans des hydrures métalliques
Domaines d'application : Stockage des énergies renouvelables
Principaux acteurs français :
CNRS-Institut Néel & CRETA, Grenoble
Université Joseph Fourier-Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels, Grenoble
CNRS-Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, Pessac
CNRS-Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est, Thiais
CEA-LITEN, Grenoble
Université de Picardie-Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides
Pôles de compétitivité : Tenerrdis, Alphea
Industriels : McPhy Energy
Autres acteurs dans le monde :
Université de Québec à Trois-Rivières, Canada
Université de Padoue, Italie
NIMCR, Tsukuba, Japon
Contact : [email protected] ; [email protected] ; [email protected]
L'expertise technique et scientifique de référence
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2. Description technique de l'innovation
2.1 Hydrure de magnésium nanostructuré
L'hydrure de magnésium MgH2, de structure quadratique type rutile , figure parmi les hydrures réversibles les plus légers, avec une capacité massique de 7,6 %, correspondant à une densité énergétique de 2,4 kWh/kg. Le magnésium est par ailleurs un élément abondant, bon marché, recyclable et biocompatible. Il constitue donc un matériau de choix pour le stockage réversible de l'hydrogène à pression modérée. Le magnésium présente néanmoins deux inconvénients auxquels nous avons dû remédier : les cinétiques d'absorption et de désorption de l'hydrogène sont très lentes (plusieurs heures) et la thermodynamique impose de travailler au-dessus de 300 oC et aussi de savoir gérer les échanges thermiques liés à une forte enthalpie de réaction .
La cinétique de sorption de l'hydrogène est une propriété extrinsèque, très fortement dépendante de la microstructure du matériau. De nombreuses investigations du procédé de cobroyage de poudres de MgH2 avec des métaux de transition (vanadium, niobium...) ou des composés de métaux de transition...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FUKAI (Y.) - The metal-hydrogen system, bulk properties. - Ed. by U. Gonser, Springer series in material science, 21 (1993).
-
(2) - GÉRARD (N.), ONO (S.) - Hydrogen in intermetallic compounds II - . In Topics in Applied Physics, Springer Verlag, no 67, Chap. 4. p. 165 (1992).
-
(3) - ZACHARIASEN (W.H.), HOLLEY (C.E.), STAMPER (C.E.) - Neutron diffraction study of magnesium deuteride, - Acta Crystallographica, 16, p. 352-353 (1963).
-
(4) - WIBERG, GOELTZER, BAUER - * - Zeitchrift für Naturforschung, 6b, p. 394 (1951).
-
(5) - ISLER (J.) - * - Thèse de l'université de Dijon, France (1979).
-
(6) - OELERICH (W.), KLASSEN (T.), BORMANN (R.) - Comparison of the catalytic effects of V, V2O5 , VN, and VC on the hydrogen sorption of nanocrystalline Mg. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Stockage reversible de l'hydrogène dans les alanates.
-
Décollage du stockage de l'hydrogène sous forme solide.
Institut Néel http://www.neel.cnrs.fr/
Consortium de recherche pour l'émergence de technologies avancées http://www.creta.grenoble.cnrs.fr/
Laboratoire des Écoulements géophysiques et industriels http://www.legi.grenoble-inp.fr
McPhy Energy SA, 26190 La Motte Fanjas, France http://www.mcphy.com/fr/
HAUT DE PAGE
ISO 16111 - 2008 - Appareils de stockage de gaz transportables – Hydrogène absorbé dans un hydrure métallique réversible, 22 pages - -
HAUT DE PAGE
Brevet J. Charbonnier et al., Composites nanocristallins pour le stockage de l'hydrogène, WO2007/125253
Brevet A. Chaise et al., Matériaux de stockage de l'hydrogène à base d'hydrure de magnésium, WO2009/080986
Brevet A. Chaise et al., Réservoir de stockage de l'hydrogène, WO2009/080975
Brevet G. Bienvenu et al., Réservoir adiabatique d'hydrure métallique, WO2010/076415
Brevet G. Bienvenu et al., Réservoir de stockage de l'hydrogène à l'état solide, WO2011/033192
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