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Accueil du site > Departement Métallurgie Matériaux Inorganiques > Equipes de recherche > Chimie Métallurgique des Terres Rares (CMTR) > Thèmes de recherche > Stockage d’Hydrogène > Modélisation d’un système metal-hydrogène

Modélisation d’un système metal-hydrogène

(Contact : J.M. Joubert)
(Contact : J.C. Crivello)
 

  Deux approches complémentaires permettent la description d’un système métal-hydrogène :

-  calculs de structure électronique par méthode DFT (Théorie de la Fonctionnelle de la Densité)

-  modélisation par la méthode Calphad (CALculation of PHAse Diagrams)  

   

      Des calculs de structure de bandes dans le cadre de la fonctionnelle de la densité électronique (DFT) sont menés pour déterminer la structure électronique de différents matériaux, notamment d’hydrures métalliques. L’analyse de la densité d’états (DOS) est déterminante pour interpréter le changement induit par l’hydrogène sur les propriétés physiques de la matrice hôte. Ainsi, le rôle de l’hydrogène peut être analysé en termes de modifications des données cristallographiques (effet de volume, évolution structurale, propriétés élastiques) et de la nature chimique de la liaison (interactions H-H & H-M, remplissage des bandes d’énergie, modification électronique au niveau de Fermi…). De plus, la modification des propriétés magnétiques de ces composés est aussi étudiée.

   

    La méthode Calphad (CALculation of PHAse Diagrams) est une technique très utilisée de modélisation semi-empirique des diagrammes d’équilibre. Le principe réside en la description des enthalpies libres des différentes phases par ajustement de paramètres permettant de décrire les données expérimentales. Nous avons vu que les systèmes métal-hydrogène sont des systèmes extrêmement intéressants pour le stockage de l’énergie. Le développement d’alliages complexes aptes à stocker l’hydrogène en grande quantité passe par la compréhension et la modélisation de ces systèmes.

Quelques exemples sont présentés en faits marquants.

 

   

   

Amidures, imidures et hydrures de lithium par méthode DFT

Contrairement aux hydrures métalliques où l’atome d’hydrogène s’insert dans des sites interstitiels et partage son électron avec les atomes voisins, l’imidure Li2NH et l’amidure LiNH2 forment des liaisons iono-covalentes, respectivement N-H et N-H2. Par calcul DFT, la nature des liaisons a été étudiée, montrant notamment le mécanisme de formation de l’hydrure LiH à partir du nitrure Li3N par l’intermédiaire de composés intermédiaires (Li4NH, Li2NH, Li1.5N1.5H, LiNH2). Localisation des électrons de (...)

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Hydrures binaires par méthode DFT

La méthode DFT permet de calculer les énergies de formation de tout type de composés, qu’ils soient stables ou métastables. Exprimer la métastabilité relative est une information essentielle pour la modélisation des phases hydrures, elle est étudiée sur de nombreux systèmes binaires métal-hydrogène. Par une approche systématique, de nombreuses phases sont considérées, en déclinant par exemple la nature des sites interstitiels (tétraédrique, octaédrique…). Sur l’exemple de l’hydrure d’erbium illustré (...)

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La modélisation des systèmes métal-hydrogène par la méthode Calphad

Nous avons vu que les systèmes métal-hydrogène sont des systèmes extrêmement intéressants pour le stockage de l’énergie. Le développement d’alliages complexes aptes à stocker l’hydrogène en grande quantité passe par la compréhension et la modélisation de ces systèmes. La méthode Calphad (CALculation of PHAse Diagrams) est une technique très utilisée de modélisation semi-empirique des diagrammes d’équilibre. Le principe réside en la description des enthalpies libres des différentes phases par ajustement de (...)

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