Stockage d’hydrogène dans des matériaux solides hybrides
Stockage d’hydrogène dans des matériaux solides hybrides
Stockage d’hydrogène dans des hybrides MOF@Charbon actif
Le stockage de l’hydrogène dans des milieux poreux solides est une des voies explorées dans le cadre du projet SOLHYD. Des travaux conduits à l’Institut Jean Lamour (IJL), étudient plus particulièrement la physisorption de l’hydrogène en conditions cryogéniques et à des pressions modérées dans des matériaux poreux à grande surface spécifique. Or de tels matériaux ont souvent une densité tassée (rpack) très faible. Son augmentation est donc indispensable pour optimiser la capacité de stockage volumétrique de H2 dans un réservoir. Les Metal Organic Framework (MOFs) présentent une porosité ajustable et peuvent offrir des surfaces spécifiques très élevées. Cependant, ils peuvent parfois être instables en présence d’humidité. L’objectif de mélanger un MOF avec du charbon actif (CA) est de produire un matériau hybride, MOF@CA, aux propriétés améliorées pour le stockage de H2.
Synthèse simple et rapide avec la technique RAM
L’équipe de l’IJL a synthétisé des hybrides MOF@CA en incorporant un CA, le MSC30 (Kasai), couramment utilisé comme adsorbant de référence pour le stockage de H2, dans la matrice du MOF HKUST-1 (BASF) à l’aide d’un équipement de Mélange Acoustique par Résonance (RAM) (Figure 1). Le RAM utilise un mouvement à basse fréquence et haute intensité pour créer une zone de micro-mélange uniforme dans le récipient, facilitant ainsi le déplacement des matériaux et permettant d’obtenir un mélange physique homogène des poudres en 15 minutes seulement.
Le potentiel des hybrides MOF@CA validé par les expériences
Les résultats montrent que l’ajout de CA au HKUST-1 connu pour son instabilité en présence d’humidité, réduit considérablement son affinité pour l’eau, et que cette réduction est supérieure à la valeur théorique calculée par combinaison linéaire des affinités des deux solides, en tenant compte de leur proportion respective dans le mélange (Figure 2a).
L’augmentation de la surface spécifique apportée par le CA, et de la rpack, apportée par le MOF mais aussi par un meilleur remplissage de l’espace puisque les deux matériaux présentent des tailles de particules différentes, ont contribué à la réduction importante du volume de stockage mesurée comme illustré sur la Figure 2b, les capacités volumétriques de stockage de H2 (kg/m3) des hybrides sont supérieures à celles des matériaux purs pris individuellement. En outre, les capacités d’adsorption de ce matériau hybride sont stables après des tests d’adsorption d’hydrogène répétés de manière cyclique.
L. Jimenez-Lopez, R. Morales Ospino, J. Castro Gutierrez, A. Celzard, V. Fierro. Institut Jean Lamour IJL
