Alliages multi-élémentaires en tant que solides pour le stockage d'hydrogène – MASSHY

La synthèse des alliages ont été effectuée par la méthode de fusion à arc à l’exception des alliages contant du Mg qui ont été obtenus par broyage à haute énergie sous Argon. Cette dernière voie de synthèse est appropriée pour la préparation des alliages contenant du Mg qui a une très faible température de fusion par rapport aux métaux réfractaires et surtout, une très grande pression de vapeurs saturante.
Leur propriétés de sorption d’hydrogène (capacité et cinétique d’absorption à la température ambiante, cyclage en absorption/désorption, stabilité des phases lors du cyclages etc.) seront déterminées.

Tout d'abord, nous avons réalisé la synthèse et la caractérisation des alliages Ti0.30V0.25Zr0.10Nb0.25X0.10 avec X= Mg, Al, Cr, Mn, Mo et Ta. Le but est de comprendre l’effet de l’addition de l’élément X sur les performances de stockage de H2 de l’alliage initial quaternaire Ti0.325V0.275Zr0.120Nb0.275. Cette composition quaternaire sert de référence pour une comparaison des propriétés physicochimiques et de sorption d’hydrogène et a fait déjà l’objet de nos recherches antérieures publiées dans J. Montero et al. Molecules 24 (2019) 2799.
Les alliages obtenus sont monophasés et adoptent une structure cubique centrée. Leurs propriétés de sorption de l'hydrogène sont en cours d'étude.

L’avancement n’a pas donc suivi le plan initialement prévu à case de la pandémie en 2020 et 2021. Nous poursuivrons les travaux selon le plan établi mais avec des retards importants.

3 articles à comité de lecture ont été publiés dans des journaux internationaux:

1. J. Montero, G. Ek, L. Laversenne, V. Nassif, G. Zepon, M. Sahlberg, C. Zlotea, Hydrogen storage properties of the refractory TiVZrNbTa multi-principal element alloy, Journal of Alloys and Compounds 835 (2020) 155376

2. J. Montero, G. Ek, L. Laversenne, V. Nassif, M. Sahlberg, C. Zlotea, How 10 at% Al addition in the Ti-V-Zr-Nb high entropy alloy changes hydrogen sorption properties, Molecules 26 (2021) 2470

3. J. Montero, G. Ek, M. Sahlberg, C. Zlotea, Improving the hydrogen cycling properties by Mg addition in Ti-V-Zr-Nb refractory high entropy alloy, Scripta Materialia 194 (2021) 113699

Le projet MASSHY (Multi-principal-element Alloys as Solid Stores for HYdrogen) se propose de développer des alliages multi-élémentaires en tant que nouveaux solides pour le stockage d'hydrogène avec une grande capacité et bonne réversibilité. Ces matériaux sont issues d'une nouvelle paradigme dans la métallurgie basée sur l'alliage de quatre ou plus éléments avec des concentration égales. La plupart des rapports sur ces alliages décrivent leur structure, microstructure et propriétés mécaniques alors que, les propriétés fonctionnelles telles que, le stockage d'hydrogène, sont inexplorées. Dans ce contexte, l'étude des propriétés de stockage d'hydrogène dans ces alliages est originale et pourrait ouvrir des nouvelles voies pour le design des matériaux multifonctionnels. Afin de mener à bien ce projet, nous proposons une collaboration entre deux laboratoires français du CNRS Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est et Institut Néel avec une équipe suédoise du Laboratoire Ångström.