Structural and thermodynamic studies of Y based AB2 hydride forming alloys Étude structurale et thermodynamique des alliages hydrurables de type AB2 à base de Y
Étude structurale et thermodynamique d’alliages hydrurables de type AB2 à base de Y
Résumé
The structural and thermodynamic studies of Y based AB2 hydride forming alloys
AB2-type alloys (A = rare earth, B = transition metals) show higher theoretical hydrogen absorption capacity than rare earth based AB5 and ABn (3 ≤ n ≤ 4) alloys, but suffer from hydrogen-induced amorphization (HIA) or hydrogen-induced disproportionation (HID) because of the unstable structure, thus the practical capacities are often low and cycle life is poor. The atomic size ratio r_R⁄r_M is the most important geometric factor for determining structural stability and HIA occurrence in RM2-type intermetallic compounds with C15 structure. Based on YNi2 intermetallic compound, the substitution effects of A- and B-site elements for Y and Ni were studied in this thesis. The B-site substitution, Ni by Al and Mn, is limited by the solubility of these elements in C15 structure. It improves the structure stability and hydrogen absorption capacity, but the HIA does not suppressed. It also exhibits various interesting phase occurrence and structural characteristics, such as anti-occupation of Mn in YxNi2-yMny compounds. The A-site substitution, Y by Mg and Sc, present wider range. The stabilities of C15b (Mg substitution) and C15 (Sc substitution) structures were enhanced and HIA was suppressed or eliminated, but they show high plateau pressures and moderate capacities. Further studies of substitution effects on C15 structure combining both A- and B-site elements would be interesting and promising. In this work, compounds with off-stoichiometry show interesting hydrogenation properties: flat plateau, good reversibility and high capacity of 1.7 wt. %.
Étude structurale et thermodynamique d’alliages hydrurables de type AB2 à base de Y
Les alliages de type AB2 (A = terre rare, B = métaux de transition) présentent une capacité théorique d'absorption d'hydrogène supérieure à celle des alliages AB5 et ABn (3 ≤ n ≤ 4) à base de terres rares, mais souffrent d'amorphisation ou de disproportion induite par l'hydrogénation (HIA ou HID) dû à l’instabilité de la structure. Ainsi, les capacités pratiques sont souvent faibles et la durée de vie est limitée. Le rapport de taille atomique r_A⁄r_B reste le facteur le plus important pour déterminer la stabilité structurelle et la HIA pour les composés intermétalliques AB2 avec une structure C15. En partant du composé intermétallique YNi2, les effets de substitution des éléments A (Y) et B (Ni) ont été étudiés dans cette thèse. Côté B, la substitution du Ni par Al et Mn est limitée par la solubilité de ces éléments dans la structure C15. La substitution améliore la stabilité de la structure et la capacité d'absorption d'hydrogène, mais le HIA n’est pas supprimé. Des propriétés structurales montrent des caractéristiques intéressantes, telles que l'occupation anti-site d’atomes Mn sur le site de Y dans les composés YxNi2-yMny. Côté A, la substitution du Y par Mg et Sc présente une gamme de composition plus large. Les stabilités des structures C15b (substitution Mg) et C15 (substitution Sc) ont été améliorées, et l'HIA a été supprimé. Leur capacité d’absorption est faible sous conditions modérés (température ambiante et 100 bars) car les plateaux de pression sont trop élevés. Finalement des alliages non-stœchiométriques ont montré des propriétés intéressantes pour le stockage de l’hydrogène : un seul plateau, bonne réversibilité et une capacité de 1.7 %m.
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