Nanoporous materials with a high specific surface area for the storage and compression of hydrogen - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2021

Nanoporous materials with a high specific surface area for the storage and compression of hydrogen

Matériaux nanoporeux à haute surface spécifique pour le stockage et la compression de l’hydrogène

Pamela Ramirez-Vidal

Abstract

In this thesis, the hydrogen adsorption performance of three families of large surface area porous materials: hyper-crosslinked polymers (HCPs), commercial activated carbons (CACs) and metal-organic frameworks (MOFs) was studied. Two interconnected parts constituted this study: (i) the experimental evaluation of hydrogen storage performance in the three families of materials; and (ii) the modelling of hydrogen storage in CAC and MOF at temperatures between 77 and 273 K and at pressures up to 14 MPa. Irreversible deformation in HCPs after hydrogen adsorption at 77 K and 14 MPa is reported here for the first time. The hydrogen adsorption isotherms obtained up to 14 MPa were fitted with the Modified Dubinin-Astakhov equation in order to determine the physical meaning of their parameters, which had not been revealed until now. The results obtained in this thesis will allow the prediction of hydrogen adsorption capacities at specific temperatures and pressures after an adequate characterization of the adsorbent material texture, which represents a significant saving of time and resources. The thesis is divided in chapters related to each family of studied. Finally, the conclusions and perspectives of this study are presented.This work was carried out in the team 402 "Biosourced Materials" of the Institut Jean Lamour (IJL - UMR CNRS 7198), hosted by the “Ecole Nationale des Techniques et Industries du Bois” (ENSTIB), at the University of Lorraine. Several partners have been involved in this project, such as: the Instituto Nacional del Carbón (INCAR - CSIC) in Oviedo, Spain; and the Laboratoire Énergies et Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA-UMR 7563 CNRS-UL) in Vandoeuvre lès Nancy in France.
Dans cette thèse, les performances d’adsorption d’hydrogène de trois familles de matériaux poreux à grande surface spécifique : les polymères hyper-réticulés (HCP), les charbons actifs commerciaux (CAC) et les réseaux organométalliques (MOF) ont été étudiées. Cette étude se compose de deux parties interconnectées : (i) l’évaluation expérimentale des performances de stockage de l’hydrogène dans les trois familles de matériaux ; et (ii) la modélisation du stockage de l’hydrogène dans les CAC et MOF à des températures comprises entre 77 et 273 K et à des pressions allant jusqu’à 14 MPa. La déformation irréversible des HCP après l’adsorption d’hydrogène à 77 K et à 14 MPa est signalée ici pour la première fois. Les isothermes d’adsorption d’hydrogène obtenues jusqu’à 14 MPa ont été ajustées avec l’équation modifiée de Dubinin-Astakhov afin de déterminer la signification physique de leurs paramètres, qui n’avait pas été révélée jusqu’à présent. Les résultats obtenus dans cette thèse permettront de prédire les capacités d’adsorption d’hydrogène à des températures et pressions spécifiques après une caractérisation adéquate de la texture du matériau adsorbant, ce qui représente une économie importante de temps et de moyens. Ce travail a été réalisé au sein de l’équipe 402 "Matériaux Biosourcés" de l’Institut Jean Lamour (IJL – UMR CNRS 7198), hébergée par l’Ecole Nationale des Techniques et Industries du Bois (ENSTIB), à l’Université de Lorraine. Plusieurs partenaires ont été impliqués dans ce projet, tels que: l’Instituto Nacional del Carbón (INCAR – CSIC) à Oviedo en Espagne; et le Laboratoire Énergies et Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA-UMR 7563 CNRS-UL) à Vandoeuvre lès Nancy en France
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tel-03615532 , version 1 (21-03-2022)

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  • HAL Id : tel-03615532 , version 1

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Cite

Pamela Ramirez-Vidal. Nanoporous materials with a high specific surface area for the storage and compression of hydrogen. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université de Lorraine, 2021. English. ⟨NNT : 2021LORR0178⟩. ⟨tel-03615532⟩
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