Simulation numérique de répliques de zéolithes en carbone (structures et propriétés d'adsorption en vue d'une application au stockage d'hydrogène)

Abstract

Le stockage d hydrogène est le verrou technologique pour l utilisation de ce vecteur énergétique dans domaine du transport automobile. Les matrices poreuses en carbone sont des matériaux qui pourraient permettre de réaliser un stockage efficace. Nous avons étudié des nanostructures à porosité contrôlée, répliques carbonées de silices mésoporeuses ou de zéolithes. Nous simulons par une approche statistique les répliques de quatre zéolithes à l échelle atomique : AlPO4-5, silicalite, FAU et EMT. Nous montrons que les faujasites induisent des structures de nanotubes interconnectés, formant des réseaux de pores nanométriques interconnectés, avec de très bonnes propriétés mécaniques pour de très faibles densités de matériaux. Nous montrons que toute phase purement carbonée ne sera d aucun intérêt à température ambiante en comparaison avec des réservoirs classiques. Par dopage au lithium, ces matériaux peuvent en théorie stocker à 300 bars autant d hydrogène qu un système classique fonctionnant à 700 bars. Les résultats des capacités théoriques permettent d envisager une application embarquée dans le domaine du transport automobile.Hydrogen storage is the key issue to envisage this gas as an energy vector in the field of transportation. Porous carbons are materials that are considered as possible candidates. We have studied well-controlled microporous carbon nanostructures, carbonaceous replicas of mesoporous ordered silica materials and zeolites. We realized numerically the atomic nanostructures of the carbon replication of four zeolites : AlPO4-5, silicalite, and Faujasite (FAU and EMT). The faujasite replicas allow nanocasting a new form of carbon cristalline solid made of tetrahedrally or hexagonally interconnected nanotubes. The pore size networks are nanometric giving to these materials optimized hydrogen molecular storage capacities. However, we demonstrate that these new carbon forms are not interesting for a room temperature efficient storage compared to the void space of a classical tank. We showed that doping with alkaline element such as lithium one could store the same quantities at 300 bars than a classical tank at 700 bars. This result is a possible route to achieve interesting performances for on-board docking systems.AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF