Desde finales del siglo XX, la crisis ambiental ha tomado relevancia tanto en espacios académicos como en la sociedad. La utilización de combustibles fósiles y su consecuente emisión de gases de efecto invernadero, provocan una creciente inquietud a nivel mundial. Una solución a este problema, es la utilización de hidrógeno como vector energético, debido a su notable rendimiento. Sin embargo, el principal desafío radica en el almacenamiento y liberación eficiente para su posterior utilización. Con el objetivo de abordar esta problemática, la presente tesis doctoral se enfoca en el estudio de dos sistemas prometedores vinculados a esta cuestión. El primer sistema estudiado es hidruro de magnesio dopado con niobio (MgH2+Nb) con vacancias cargadas. Se analizaron los cambios estructurales, magnéticos y energéticos. En una segunda parte, se analizó el efecto de la adsorción de distintos metales alcalinos sobre nanotubos de carbono de pared simple (8,0) prístinos y con una vacancia de carbono. Los metales alcalinos aumentan la cantidad de sitios activos para la adsorción de hidrógeno. Un estudio detallado de la adsorción de hidrógeno en nanotubos de carbono, requiere un entendimiento completo del sustrato para lograr mejoras significativas en las propiedades de adsorción y así maximizar el potencial de almacenamiento. En este sistema se estudiaron las geometrías de adsorción, la naturaleza de los enlaces y la estructura electrónica. Todos los cálculos fueron realizados utilizando la teoría del funcional de la densidad (DFT) con spín polarizado implementados por el código VASP. / Since the end of the 20th century, the environmental crisis has taken on relevance both in academic spaces and in society. The use of fossil fuels and their consequent emission of greenhouse gases, cause a growing concern worldwide. A solution to this problem is the use of hydrogen as an energy vector, due to its remarkable performance. However, the main challenge lies in efficient storage and release for later use. In order to address this problem, this doctoral thesis focuses on the study of two promising systems related to this issue. The first system studied is magnesium hydride doped with niobium (MgH2+Nb) with charged vacancies. Structural, magnetic and energetic changes were analyzed. In a second part, the effect of the adsorption of different alkali metals on pristine single-walled carbon nanotubes (8,0) and with a carbon vacancy, was analyzed. Alkali metals increase the number of active sites for hydrogen adsorption. A detailed study of hydrogen adsorption on carbon nanotubes requires a thorough understanding of the substrate in order to achieve significant improvements in adsorption properties and thus maximize storage potential. In this system, the adsorption geometries, the nature of the bonds and the electronic structure were studied. All calculations were performed using spin polarized density functional theory (DFT) implemented by the VASP code.

L’hydrogène constitue un vecteur d’énergie très important. En effet, il est abondant à l’état combiné et sa combustion est très énergétique et non polluante. En revanche, le mode de stockage le plus sécurisant de ce gaz explosif c’est dans les métaux sous forme d’hydrure. Parmi ces métaux, le magnésium est l’un des plus prometteurs car il possède une capacité massique de stockage élevée (7,6%), un faible coût et une abondance naturelle. Cependant ses cinétiques de sorption sont lentes et son hydrure MgH2 est très stable et mauvais conducteur. L’objectif de ce travail de thèse est de contribuer à la résolution des points faibles du magnésium, en lui ajoutant des fibres de carbone comme renfort soit par broyage énergétique pour assurer une bonne intimité entre les deux, soit par coulage en bande, une technique qui permet d’orienter les fibres, pour un maximum de conductivité thermique. Nous étions donc intéressés à l’étude des cinétiques d’absorption/désorption où une amélioration a été observée après l’ajout du carbone par broyage. Une étude de la conductivité thermique était encore intéressante où le matériau préparé par coulage en bande, comme prévu, a présenté un très bon résultat. D’autre part, nous avons effectué des tests d’hydrolyse pour la production délocalisée d’hydrogène. Ayant comme problème la formation d’une couche imperméable de Mg(OH)2 en surface qui bloque la réaction, différents paramètres ont été modifiés (pH, T°, taille des particules, US) et cela a donné un impact positif sur le rendement en hydrogène et la cinétique de la réaction. Finalement, deux procédés de déformation plastique sévère i) le laminage et ii) l’ECAP ont été appliqués sur du TiH2 et du MgH2. Ces deux techniques ont présenté un pouvoir de déstabilisation des hydrures et donc une diminution de la température de déshydruration. Ils ont encore montré un comportement différent du broyage mécanique de point de vue microcontrainte et orientation des plans cristallins. / Hydrogen is a very important energy carrier. Indeed, it is abundant in the combined state and its combustion, very energetic, is non-polluting. However, the safest storage mode of this explosive gas is in the metal hydride form. Among metals, magnesium is one of the most promising one because its high mass capacity storage (7. 6%), low cost and natural abundance. However its kinetics of sorption are slow and its hydride MgH2 is very stable and has a poor thermal conductivity. The objective of this thesis is to resolve most of the weaknesses of magnesium by adding carbon fibers as reinforcement using the ball milling process, a way to ensure a good contact between the two, either by tape casting, a technique to help in the fibers’ orientation, for a maximum of thermal conductivity. We were therefore interested in the study of absorption / desorption kinetics, where an improvement was observed after the addition of carbon by grinding. A study of the thermal conductivity was also interesting, and the material prepared by tape casting, as expected, gave a very good result. On the other hand, we performed some hydrolysis’ tests to produce hydrogen. Having the problem of Mg(OH)2 formation on the surface, that blocks the reaction; different parameters were modified (e. G. PH, T°, particle size, U. S. ), which showed a positive impact on the hydrogen yield and reaction kinetics. Finally, two severe plastic deformation methods: i) cold rolling and ii) ECAP were applied to the TiH2 and MgH2 samples. Both techniques showed a destabilizing power of hydrides and therefore a decrease in the temperature of dehydrogenation. They even showed different behaviors than the mechanical grinding from microstrain and planes orientation point of view.

Le développement de l’hydrogène en tant que nouveau vecteur d’énergie demande de pouvoir le stocker à grande échelle, dans des conditions d’encombrement, de coût énergétique et de sécurité acceptables. Le stockage sous forme solide dans des hydrures métalliques réversibles, constitue une solution particulièrement sûre et intéressante pour des applications dans le secteur des transports. Parmi de nombreux matériaux possibles, le système Mg/MgH2, constitue l’un des meilleurs candidats : abondant, bon marché, capacité de stockage réversible et élevée (7,6 % H2 en masse). Son utilisation à l’échelle industrielle est néanmoins limitée par les cinétiques de sorption très lentes et la stabilité thermodynamique importante (enthalpie de formation élevée) nécessitant des températures de fonctionnement supérieure à 300 °C. Ce projet vise au développement de composites à base de MgH2 et d’additifs avec des propriétés de stockage améliorées. L’originalité des travaux menés repose sur le type d’additifs choisi, les complexes de métaux de transition (centre métallique : Ni et Ru, ligands organiques : phosphines). En effet, ces derniers ne sont pour le moment que très peu utilisés dans la littérature. L’objectif de ce travail de thèse est donc d’explorer leur potentiel et leur efficacité pour améliorer les propriétés de stockage du système Mg/MgH2. Différents composites "MgH2 + complexe" ont été préparés par broyage et imprégnation et les cinétiques de sorption des systèmes obtenus ainsi que leurs paramètres thermodynamiques ont été déterminés par analyse thermique (DTP, DSC, PCT). Enfin, de nombreuses techniques de caractérisation physico-chimiques (DRX, RMN, XPS, MEB, MET) ont été utilisées afin de comprendre les phénomènes se déroulant lors de l’hydrogénation et la déshydrogénation des composites préparés. Le meilleur système « MgH2 + complexe » préparé durant ce travail (MgH2 dopé avec 20 % du complexe NiHCl(PCy3)2) est capable d’absorber 6 % en masse d’H2 à 100 °C en 30 min et de libérer son hydrogène sous vide à 200 °C. Les énergies d’activation apparentes et enthalpies de formation de ce composite sont respectivement de 22 et –65 kJ/mol H2 pour l’hydrogénation (contre 200 et –74,7 kJ/mol H2 pour du Mg commercial) et de 127 et 63 kJ/mol H2 pour la déshydrogénation (contre 239 et 74,7 kJ/mol H2 pour du MgH2 commercial) / Although hydrogen is widely recognized as a promising energy carrier, its widespread adoption as alternative to fossil fuels depends critically on the ability to store hydrogen at adequate densities, cost and security. Application devices are far from a valuable technology, and fundamental research is still required. In this regard, solid-state systems present the advantage of denser and safer hydrogen storage. Among them, Mg/MgH2 is considered as a highly promising material in terms of reversibility, cost, gravimetric and volumetric capacity. However, high thermodynamic stability (high formation enthalpy) and slow hydrogen sorption kinetics limits its practical applications.This project aims to develop Mg/MgH2-based systems with improved hydrogen storage properties thanks to the use of additives. The originality of this work is brought by the kind of additive chosen, transition metal complexes (Ni and Ru based, with phosphine ligands). Indeed, they are, for now, only very little used in the literature. The objective of this work is therefore to study their potential and their efficiency to improve the hydrogen storage properties of the Mg/MgH2 system. Different “MgH2 + complex” composites were prepared by ball milling and impregnation method and the sorption kinetics and thermodynamic parameters of the formed systems were studied by TPD, DSC and PCT analyses. Finally, XRD, NMR, XPS, SEM and TEM techniques were used to understand the phenomena taking place during the hydrogenation and the dehydrogenation of the prepared composites.The best “MgH2 + complex” system prepared during this work (MgH2 doped with 20 wt% of NiHCl(PCy3)2 complex) is able to absorb 6 wt% of H2 at 100 °C in 30 min, and to release the stored hydrogen at 200 °C under vacuum. The apparent activation energies and the formation enthalpies of the composite are respectively of 22 and –65 kJ/mol H2 for the hydrogenation reaction (against 200 and –74,7 kJ/mol H2 for commercial Mg) and of 127 and 63 kJ/mol H2 for dehydrogenation (against 239 and 74,7 kJ/mol H2 for commercial MgH2).

Several hydrides of Group 2 and 12 elements were generated in the gas phase using an emission source that combines an electrical discharge with a high temperature furnace, and their high-resolution infrared emission spectra were recorded with a Fourier transform spectrometer. Two classes of molecules were studied: <em>a)</em> diatomic metal hydrides BeH, MgH, CaH, SrH, ZnH and CdH; <em>b)</em> linear triatomic metal hydrides BeH₂, MgH₂, ZnH₂ and HgH₂. <br /><br /> Infrared emission spectra of BeH, MgH, CaH, SrH, ZnH and CdH free radicals contained several vibration-rotation bands in their ²SIGMA⁺ ground electronic state. The new data were combined with all the previous ground state data from diode laser infrared spectra and pure rotation spectra available in the literature. Spectroscopic constants, i. e. , vibrational band origins, rotational, centrifugal distortion, and spin-rotation interaction constants, were determined for each observed vibrational level by least-squares fitting of all the data. In addition, the data from all isotopologues were fitted simultaneously using the empirical Dunham-type energy level expression for ²SIGMA⁺ states, and correction parameters due to the breakdown of the Born-Oppenheimer approximation were determined. The equilibrium internuclear distances (<em>r</em>_e) of ⁹BeH, ²⁴MgH, ⁴⁰CaH, ⁸⁸SrH, ⁶⁴ZnH and ¹¹⁴CdH were determined to be 1. 342424(2), 1. 729721(1), 2. 002360(1), 2. 146057(1), 1. 593478(2) and 1. 760098(3) angstroms, respectively, and the corresponding <em>r</em>^e distances for ⁹BeD, ²⁴MgD, ⁴⁰CaD, ⁸⁸SrD, ⁶⁴ZnD and ¹¹⁴CdD are 1. 341731(2), 1. 729157(1), 2. 001462(1), 2. 145073(1), 1. 593001(2) and 1. 759695(2) angstroms, respectively. <br /><br /> Gaseous BeH², MgH², ZnH² and HgH² molecules were discovered and unambiguously identified by their high-resolution infrared emission spectra. The &nu;₃ antisymmetric stretching fundamental band and several hot bands in the &nu;₃ region were rotationally analyzed, and spectroscopic constants were obtained for almost all naturally-occurring isotopologues. The rotational constants of the 000 ground states were used to determine the <em>r</em>₀ internuclear distances. For BeH₂, ZnH₂, ZnD₂, HgH₂ and HgD₂ molecules, the rotational constants of the 000, 100, 01¹0 and 001 levels were used to determine the equilibrium rotational constants (<em>B</em>_e) and the associated equilibrium internuclear distances <em>r</em>_e. The <em>r</em>_e distances of ZnH₂ and ZnD₂ differed by about 0. 01%, and those of HgH₂ and HgD₂ differed by about 0. 005%. These discrepancies were larger than the statistical uncertainties by one order of magnitude, and were attributed to the breakdown of the Born-Oppenheimer approximation.

Several hydrides of Group 2 and 12 elements were generated in the gas phase using an emission source that combines an electrical discharge with a high temperature furnace, and their high-resolution infrared emission spectra were recorded with a Fourier transform spectrometer. Two classes of molecules were studied: <em>a)</em> diatomic metal hydrides BeH, MgH, CaH, SrH, ZnH and CdH; <em>b)</em> linear triatomic metal hydrides BeH₂, MgH₂, ZnH₂ and HgH₂. <br /><br /> Infrared emission spectra of BeH, MgH, CaH, SrH, ZnH and CdH free radicals contained several vibration-rotation bands in their ²SIGMA⁺ ground electronic state. The new data were combined with all the previous ground state data from diode laser infrared spectra and pure rotation spectra available in the literature. Spectroscopic constants, i. e. , vibrational band origins, rotational, centrifugal distortion, and spin-rotation interaction constants, were determined for each observed vibrational level by least-squares fitting of all the data. In addition, the data from all isotopologues were fitted simultaneously using the empirical Dunham-type energy level expression for ²SIGMA⁺ states, and correction parameters due to the breakdown of the Born-Oppenheimer approximation were determined. The equilibrium internuclear distances (<em>r</em>_e) of ⁹BeH, ²⁴MgH, ⁴⁰CaH, ⁸⁸SrH, ⁶⁴ZnH and ¹¹⁴CdH were determined to be 1. 342424(2), 1. 729721(1), 2. 002360(1), 2. 146057(1), 1. 593478(2) and 1. 760098(3) angstroms, respectively, and the corresponding <em>r</em>^e distances for ⁹BeD, ²⁴MgD, ⁴⁰CaD, ⁸⁸SrD, ⁶⁴ZnD and ¹¹⁴CdD are 1. 341731(2), 1. 729157(1), 2. 001462(1), 2. 145073(1), 1. 593001(2) and 1. 759695(2) angstroms, respectively. <br /><br /> Gaseous BeH², MgH², ZnH² and HgH² molecules were discovered and unambiguously identified by their high-resolution infrared emission spectra. The &nu;₃ antisymmetric stretching fundamental band and several hot bands in the &nu;₃ region were rotationally analyzed, and spectroscopic constants were obtained for almost all naturally-occurring isotopologues. The rotational constants of the 000 ground states were used to determine the <em>r</em>₀ internuclear distances. For BeH₂, ZnH₂, ZnD₂, HgH₂ and HgD₂ molecules, the rotational constants of the 000, 100, 01¹0 and 001 levels were used to determine the equilibrium rotational constants (<em>B</em>_e) and the associated equilibrium internuclear distances <em>r</em>_e. The <em>r</em>_e distances of ZnH₂ and ZnD₂ differed by about 0. 01%, and those of HgH₂ and HgD₂ differed by about 0. 005%. These discrepancies were larger than the statistical uncertainties by one order of magnitude, and were attributed to the breakdown of the Born-Oppenheimer approximation.

Die umfangreichen Untersuchungen ausgewählter Mg2Si-basierter Materialien innerhalb dieser Arbeit zeigen neue Wege für die Anwendung der SPS-Technik in der Grundlagen- als auch angewandten Forschung und liefern entscheidendes, neues Material für die Charakterisierung der Li-Verbindungen Li2xMg2-xX (X = Si, Ge, Sn, Pb). Aufbauend auf vorangegangenen Arbeiten und den hier dargestellten Resultaten ergeben sich sowohl neue Möglichkeiten der Synthese, basierend auf dem SPS-Prozess (in Verbindung mit der Pulverherstellung, ‑verarbeitung und einem entsprechenden Werkzeugdesign), als auch eine Optimierung der Materialeigenschaften von Verbundwerkstoffen durch Nutzung dieser Technik. Die ternären Phasen Mg2Si1−xXx (X = Ge, Sn, Pb) und Mg2−x/2Si1−xSbx Die pulvermetallurgische Herstellung der Phasen Mg2Si1-xXx (X = Ge, Sn und Pb) und der Phase Mg2‑x/2Si1-xSbx gelang in dieser Arbeit erstmals mit Hilfe der SPS-Technik aus kugelgemahlenen Pulvergemischen (MgH2, Si, X). Die ternären Phasen Li2xMg2−xX (X = Si, Ge, Sn, Pb) Der Einbau von Li in Mg2Si wurde in dieser Arbeit erstmalig durch die SPS-Festkörperreaktion aus LiH, MgH2 und Si untersucht. Die Synthese der Li-armen Li2xMg2−xSi-Phasen gelingt schon bei Temperaturen von max. 700 °C. Die Schmelzsynthese dieser extrem luft- und feuchtigkeitsempfindlichen Proben wurde unter Argon-Schutzgas aus den Elementen mit anschließender Wärmebehandlung bei 200 °C angewendet. Dabei lassen sich drei unterschiedliche kubische Li2xMg2−xSi-Phasen mit 0 &amp;lt; x &amp;lt; 0,8 auf der Mg2Si-reichen Seite des ternären Systems finden. Mit steigendem Li-Gehalt können röntgenographisch zwei strukturelle Umwandlungen, ausgehend von der Raumgruppe Fm-3m für Mg2Si zu P-43m und P-43m mit der Bildung einer Überstruktur mit a′ = 2a bestimmt werden. Mit steigendem Li-Gehalt in Li2xMg2−xSi ändern sich die Eigenschaften. Der Übergang vom halbleitenden zum metallischen Zustand konnte in dieser Arbeit erstmalig gezeigt werden. In Analogie zu Li2xMg2−xSi konnten die Phasen Li2xMg2−xX (X = Ge, Sn, Pb) charakterisiert werden. Eine Intercalation für Li in Mg2X ist nicht möglich. Die Verbundwerkstoffe basierend auf Mg2Si Das spröde Materialverhalten vonMg2Si-Proben kann durch einen pulvermetallurgisch erzeugten Verbundwerkstoff mit Mg reduziert werden. Die SPS-Technik Basierend auf vorangegangenen Arbeiten konnte innerhalb dieser Arbeit durch die Verwendung von MgH2 die Strom-, Dichte- und Temperaturverteilung während des SPS-Prozesses innerhalb der Probe und des Werkzeuges beurteilt werden. / Extensive investigation on selected Mg2Si based materials demonstrate new routes for the application of the SPS technique in respect to basic as well as applied research and provide decisive new material on the characterisation of the Li compounds Li2xMg2-xX (X = Si, Ge, Sn, Pb). Based on prior activities and the results shown in this work new ways of the synthesis using the SPS process (in combination with powder making and processing and suitable tool design) as well as the optimization of material properties of composite materials can be achieved using the SPS technique. The Ternary Phases Mg2Si1−xXx (X = Ge, Sn, Pb) and Mg2−x/2Si1−xSbx For the first the powder metallurgic manufacturing route of the phases Mg2Si1-xXx (X = Ge, Sn und Pb) and the phase Mg2‑x/2Si1-xSbx is shown using the SPS technique and a ball milled powder mixture (MgH2, Si, X). The Ternary Phases Li2xMg2−xX (X = Si, Ge, Sn, Pb) The intercalation of Li into Mg2Si is investigated for the first time by using the SPS solid state reaction based on LiH, MgH2 and Si. The synthesis of the Li poor phase Li2xMg2−xSi could be obtained at temperatures of max. 700 °C. The melting technique made of the elements of these extremely air and moisture sensitive samples could be performed under Argon protective atmosphere followed by a heat treatment at 200 °C. Three different cubic phases of Li2xMg2−xSi can be found on the Mg2Si rich side of the ternary System with the composition in the range of 0 &amp;lt; x &amp;lt; 0,8. With increasing Li content two structural conversions can be found using the x-ray analysis. A change from the space group Fm-3m for Mg2Si via P-43m to P-43m with a superstructure of a′ = 2a could be detected. Linked with the increasing Li content is a change of the properties. The change from the semiconducting behaviour to a metallic characteristic could be shown for the first time. Analogous to Li2xMg2−xSi the phase Li2xMg2−xX (X = Ge, Sn, Pb) could be synthesised and analysed. An intercalation of Li in to Mg2X ist not possible. Composite Materials Based on Mg2Si The brittle behaviour of Mg2Si samples can be reduced by composite material with Mg using the powder metallurgical route. The SPS-Technique Using MgH2 the distribution of the current, the density and the temperature in the sample and tool could be judged.

Die umfangreichen Untersuchungen ausgewählter Mg2Si-basierter Materialien innerhalb dieser Arbeit zeigen neue Wege für die Anwendung der SPS-Technik in der Grundlagen- als auch angewandten Forschung und liefern entscheidendes, neues Material für die Charakterisierung der Li-Verbindungen Li2xMg2-xX (X = Si, Ge, Sn, Pb). Aufbauend auf vorangegangenen Arbeiten und den hier dargestellten Resultaten ergeben sich sowohl neue Möglichkeiten der Synthese, basierend auf dem SPS-Prozess (in Verbindung mit der Pulverherstellung, ‑verarbeitung und einem entsprechenden Werkzeugdesign), als auch eine Optimierung der Materialeigenschaften von Verbundwerkstoffen durch Nutzung dieser Technik. Die ternären Phasen Mg2Si1−xXx (X = Ge, Sn, Pb) und Mg2−x/2Si1−xSbx Die pulvermetallurgische Herstellung der Phasen Mg2Si1-xXx (X = Ge, Sn und Pb) und der Phase Mg2‑x/2Si1-xSbx gelang in dieser Arbeit erstmals mit Hilfe der SPS-Technik aus kugelgemahlenen Pulvergemischen (MgH2, Si, X). Die ternären Phasen Li2xMg2−xX (X = Si, Ge, Sn, Pb) Der Einbau von Li in Mg2Si wurde in dieser Arbeit erstmalig durch die SPS-Festkörperreaktion aus LiH, MgH2 und Si untersucht. Die Synthese der Li-armen Li2xMg2−xSi-Phasen gelingt schon bei Temperaturen von max. 700 °C. Die Schmelzsynthese dieser extrem luft- und feuchtigkeitsempfindlichen Proben wurde unter Argon-Schutzgas aus den Elementen mit anschließender Wärmebehandlung bei 200 °C angewendet. Dabei lassen sich drei unterschiedliche kubische Li2xMg2−xSi-Phasen mit 0 &amp;lt; x &amp;lt; 0,8 auf der Mg2Si-reichen Seite des ternären Systems finden. Mit steigendem Li-Gehalt können röntgenographisch zwei strukturelle Umwandlungen, ausgehend von der Raumgruppe Fm-3m für Mg2Si zu P-43m und P-43m mit der Bildung einer Überstruktur mit a′ = 2a bestimmt werden. Mit steigendem Li-Gehalt in Li2xMg2−xSi ändern sich die Eigenschaften. Der Übergang vom halbleitenden zum metallischen Zustand konnte in dieser Arbeit erstmalig gezeigt werden. In Analogie zu Li2xMg2−xSi konnten die Phasen Li2xMg2−xX (X = Ge, Sn, Pb) charakterisiert werden. Eine Intercalation für Li in Mg2X ist nicht möglich. Die Verbundwerkstoffe basierend auf Mg2Si Das spröde Materialverhalten vonMg2Si-Proben kann durch einen pulvermetallurgisch erzeugten Verbundwerkstoff mit Mg reduziert werden. Die SPS-Technik Basierend auf vorangegangenen Arbeiten konnte innerhalb dieser Arbeit durch die Verwendung von MgH2 die Strom-, Dichte- und Temperaturverteilung während des SPS-Prozesses innerhalb der Probe und des Werkzeuges beurteilt werden. / Extensive investigation on selected Mg2Si based materials demonstrate new routes for the application of the SPS technique in respect to basic as well as applied research and provide decisive new material on the characterisation of the Li compounds Li2xMg2-xX (X = Si, Ge, Sn, Pb). Based on prior activities and the results shown in this work new ways of the synthesis using the SPS process (in combination with powder making and processing and suitable tool design) as well as the optimization of material properties of composite materials can be achieved using the SPS technique. The Ternary Phases Mg2Si1−xXx (X = Ge, Sn, Pb) and Mg2−x/2Si1−xSbx For the first the powder metallurgic manufacturing route of the phases Mg2Si1-xXx (X = Ge, Sn und Pb) and the phase Mg2‑x/2Si1-xSbx is shown using the SPS technique and a ball milled powder mixture (MgH2, Si, X). The Ternary Phases Li2xMg2−xX (X = Si, Ge, Sn, Pb) The intercalation of Li into Mg2Si is investigated for the first time by using the SPS solid state reaction based on LiH, MgH2 and Si. The synthesis of the Li poor phase Li2xMg2−xSi could be obtained at temperatures of max. 700 °C. The melting technique made of the elements of these extremely air and moisture sensitive samples could be performed under Argon protective atmosphere followed by a heat treatment at 200 °C. Three different cubic phases of Li2xMg2−xSi can be found on the Mg2Si rich side of the ternary System with the composition in the range of 0 &amp;lt; x &amp;lt; 0,8. With increasing Li content two structural conversions can be found using the x-ray analysis. A change from the space group Fm-3m for Mg2Si via P-43m to P-43m with a superstructure of a′ = 2a could be detected. Linked with the increasing Li content is a change of the properties. The change from the semiconducting behaviour to a metallic characteristic could be shown for the first time. Analogous to Li2xMg2−xSi the phase Li2xMg2−xX (X = Ge, Sn, Pb) could be synthesised and analysed. An intercalation of Li in to Mg2X ist not possible. Composite Materials Based on Mg2Si The brittle behaviour of Mg2Si samples can be reduced by composite material with Mg using the powder metallurgical route. The SPS-Technique Using MgH2 the distribution of the current, the density and the temperature in the sample and tool could be judged.

L'objectif de cette thèse est l'étude de nouvelles formes d'activation de matériaux à base de MgH2 en vue du stockage réversible de grandes quantités d'hydrogène. La température assez élevée de la réaction du magnésium à l'hydrogène est considérée être un frein à de nombreuses applications. Ici, de nouveaux alliages de formule Ca-Mg-Ni ont été élaborés pour permettre de travailler à des températures plus basses. Cependant leur capacité de stockage reste plus faible quoique déjà meilleure que la référence LaNi5. Sachant que la cinétique d'hydruration est favorisée dans des matériaux présentant une microstructuration très fine voir une taille de grains nanométrique, un travail pionnier a été réalisé en utilisant le procédé d'extrusion ECAP, en référence au procédé standard par "ball milling". L'hydruration des matériaux extrudés a ensuite été mise en œuvre de façon convaincante. Si le broyage de MgH2 avec additifs de type métaux de transition conduit à des cinétiques de sorption rapides avec la création de cristallites nanostructurés, la réduction de la taille des interfaces avec les particules d'additif a été simulée à partir de couches nanométriques déposées par DLP afin de tenter de mieux comprendre le phénomène d'activation rentrant en jeu lors de l'hydruration du magnésium. Enfin, l'étude d'hydrures ternaires métastables élaborés à hautes températures et sous hautes pressions a été effectuée afin d'analyser l'activation du magnésium atomiquement "dopé" de façon structurale.