Sc(AlxNi1-x)2 is a pseudobinary C14 Laves phase and a potential interstitial hydrogen storage material or anode in a Ni-MH battery. A previous study showed that Sc1Al1Ni1 can store hydrogen reversibly; both interstitially and trough decomposition into ScH2 and AlNi. It is also known that the exact composition is very important for the hydrogen storage properties of pseudobinary Laves phases. This thesis work is aimed at synthesising Sc(AlxNi1-x)2 and study the effect of the Ni/Al ratio on the hydrogen absorption/desorption process as well as the interstitial storage capacity. Compositions with high nickel content had the highest capacity (at least 0.67wt% for ScAl0.66Ni1.34) and ones with high aluminium content had the lowest total storage capacity (0wt% for ScAl1.28Ni0.62). The former composition was also shown to absorb and desorb hydrogen during multiple cycles. Desorption of interstitial hydrogen from ScAl0.66Ni1.34 requires 4.6kJ/mol in activation energy.

Neste trabalho avaliou-se a ação positiva da substituição de lantânio por praseodímio e de lantânio por magnésio na performance eletroquímica de eletrodos de ligas de armazenamento de hidrogênio em estado bruto de fusão e com tratamento térmico. O La foi substituído por Mg nas ligas La0,7-xMgxPr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x=0,0-0,7) e por Pr nas ligas La0,7-yPryMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (y=0,0-0,7). Os parâmetros eletroquímicos analisados foram ativação, capacidade de descarga, retenção da capacidade de descarga, autodescarga e alta taxa de descarga. As ligas apresentaram comportamento passivo em relação à corrosão. As análises por MEV/EDS e por DRX com refinamento por Rietveld revelaram a presença majoritária de fases similares às fases LaNi5, PrNi5, LaMg2Ni9 e PrMg2Ni9 em função das composições das ligas estudadas. Os parâmetros de rede e os volumes da célula unitária das fases diminuíram com a substituição crescente de La por Mg e de La por Pr. As capacidades de descarga máxima decresceram com a substituição crescente de La por Mg e de La por Pr, acompanhando o decréscimo da abundância da fase similar à fase LaNi5 e o aumento da abundância da fase similar à fase LaMg2Ni9. Comparativamente, menores taxas de autodescarga e maior estabilidade cíclica foram observadas para o eletrodo da liga na condição x=0,1, ao passo que o eletrodo da liga na condição y=0,0 apresentou maiores valores de alta taxa de descarga, indicando melhor performance cinética. / In this work, the positive action of the substitution of lanthanum by praseodymium and lanthanum by magnesium in the electrochemical performance of the as-cast and annealed hydrogen storage alloys electrodes had been evaluated. La was replaced by Mg in La0.7-xMgxPr0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 (x=0.0-0.7) alloys and by Pr in La0.7-yPryMg0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 (y=0.0-0.7) alloys. The electrochemical parameters analyzed were activation, discharge capacity, discharge capacity retention, self-discharge rate and high-rate dischargeability. The alloys showed a passive corrosion behavior. The analyses by SEM/EDS and XRD with Rietveld refinement revealed the majority presence of LaNi5, PrNi5, LaMg2Ni9 and PrMg2Ni9 similar reference phases depending on the compositions of the studied alloys. The lattice parameters and cell volumes of the component phases decreased with increasing substitution of La for Mg and with La for Pr. The maximum discharge capacity decreased with increasing substitution of La for Mg and with La for Pr, following the decrease in the abundance of LaNi5 similar phase and the increase in the abundance of to the LaMg2Ni9 similar phase. Lower self-discharge rates were observed for the alloy electrode when x=0.1, while higher high-rate dischargeability for the alloy electrode when y=0.0 indicated better kinetic performance, comparatively.

Neste trabalho foram estudadas ligas La0,7-xPrxMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x= 0 a 0,7) no estado bruto de fusão, para utilização em eletrodos negativos de baterias de níquel-hidreto metálico (Ni-HM). A caracterização das ligas foi realizada através das seguintes técnicas: microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e difração de raios X. Foi também determinada capacidade de absorção de hidrogênio destas ligas. A hidrogenação do material foi realizada em dois processos sendo: o primeiro denominado de baixa pressão (0,2 MPa de hidrogênio e temperatura de 500ºC) e o segundo de alta pressão (1 MPa e de hidrogênio e temperatura de 25ºC). Foi observado que com o aumento do teor de Pr a capacidade de absorção de hidrogênio diminui. Para o estudo da capacidade de descarga das baterias foi utilizado um analisador digital de quatro canais e observou-se um decréscimo na capacidade de descarga das baterias com adição de praseodímio para as composições La0,7-xPrxMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x= 0 a 0,3). A maior capacidade de descarga (386 mAhg-1) e estabilidade cíclica foi obtida para a liga La0,2Pr0,5Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8. Esta capacidade obtida pode estar relacionada com a maior proporção da fase LaMg2Ni9 encontrada na liga com adição de 0,5 % at. de Pr. / The La0,7-xPrxMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x= 0 a 0.7) as-cast alloys to apply in negative electrodes for nickel-metal hydride batteries (Ni-MH). The characterizations of the alloys were realized by: scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS) and X-ray diffraction techniques. A study of hydrogen absorption capacity of the alloys realized. The hydrogenation of the material was performed in two processes: the low pressure (0.2 MPa of hydrogen and temperature of the 773 K) and high pressure (1 MPa of hydrogen and temperature of the 298 K). It was observed that with increasing Pr content occurred a decrease the hydrogen absorption capacity. The capacity of discharge of the batteries was determined utilizing an analyzer digital computerized composed of four channels. It was observed decreases of the discharge capacity of the batteries when increase praseodymium content in La0,7-xPrxMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x= 0 a 0.3) alloys. The highest discharge capacity (386 mAhg-1) and stability cyclic were obtained to La0.2Pr0.5Mg0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 alloy. This capacity can be related to the higher proportion of phase LaMg2Ni9 in the alloy with the addition of 0.5 at.% Pr.

Neste trabalho foram estudadas ligas La0,7-xPrxMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x= 0 a 0,7) no estado bruto de fusão, para utilização em eletrodos negativos de baterias de níquel-hidreto metálico (Ni-HM). A caracterização das ligas foi realizada através das seguintes técnicas: microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e difração de raios X. Foi também determinada capacidade de absorção de hidrogênio destas ligas. A hidrogenação do material foi realizada em dois processos sendo: o primeiro denominado de baixa pressão (0,2 MPa de hidrogênio e temperatura de 500ºC) e o segundo de alta pressão (1 MPa e de hidrogênio e temperatura de 25ºC). Foi observado que com o aumento do teor de Pr a capacidade de absorção de hidrogênio diminui. Para o estudo da capacidade de descarga das baterias foi utilizado um analisador digital de quatro canais e observou-se um decréscimo na capacidade de descarga das baterias com adição de praseodímio para as composições La0,7-xPrxMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x= 0 a 0,3). A maior capacidade de descarga (386 mAhg-1) e estabilidade cíclica foi obtida para a liga La0,2Pr0,5Mg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8. Esta capacidade obtida pode estar relacionada com a maior proporção da fase LaMg2Ni9 encontrada na liga com adição de 0,5 % at. de Pr. / The La0,7-xPrxMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x= 0 a 0.7) as-cast alloys to apply in negative electrodes for nickel-metal hydride batteries (Ni-MH). The characterizations of the alloys were realized by: scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS) and X-ray diffraction techniques. A study of hydrogen absorption capacity of the alloys realized. The hydrogenation of the material was performed in two processes: the low pressure (0.2 MPa of hydrogen and temperature of the 773 K) and high pressure (1 MPa of hydrogen and temperature of the 298 K). It was observed that with increasing Pr content occurred a decrease the hydrogen absorption capacity. The capacity of discharge of the batteries was determined utilizing an analyzer digital computerized composed of four channels. It was observed decreases of the discharge capacity of the batteries when increase praseodymium content in La0,7-xPrxMg0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x= 0 a 0.3) alloys. The highest discharge capacity (386 mAhg-1) and stability cyclic were obtained to La0.2Pr0.5Mg0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 alloy. This capacity can be related to the higher proportion of phase LaMg2Ni9 in the alloy with the addition of 0.5 at.% Pr.

L’hydrogène est la solution potentielle pour réussir la transition énergétique d’un système actuel basé en grande partie sur les combustibles fossiles vers un système non émetteur de gaz toxiques et respectueux de l’environnement. Cependant, le stockage de l’hydrogène est un grand défi qui freine son application pratique dans les différents domaines. Les hydrures métalliques permettent de stocker une grande quantité d’hydrogène de façon réversible dans de bonnes conditions (Température, pression, sécurité…) comparée aux autres modes de stockage (gazeux et liquide). En plus, ces mêmes matériaux sont utilisés comme électrode négative dans les batteries Nickel-Métal Hydrure.Dans la première partie de cette thèse, les alliages Ti-Fe ont été synthétisés parmécanosynthèse pour différents temps de broyage et différents rapports massiquesbilles/poudre. Afin d’optimiser les paramètres d’élaboration, ces alliages ont été caractérisés par différentes techniques telles que la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage, la chronopotentiométrie, la chronoampérométrie et la voltamétrie cyclique.Dans une seconde partie, les alliages TiFe+4%MWNTs, TiFe0.95-xMx, TiFe0.90M0.10 etTiFe0.90Mn0.05V0.05 (x=0.05, 0.15) (M : Mn ou V) ont été élaborés selon les paramètres optimaux déterminés précédemment. L’influence de l’additif Nanotubes de Carbone à multiparois (MWNTs), de la substitution partielle du Fe par Mn et/ou V et de l’excès de Titane sur les propriétés structurales, morphologiques et électrochimiques telles que l’activation, la capacité de décharge électrochimique, la réversibilité, la tenue au cyclage, le coefficient de diffusion ont ensuite été étudiés. Les propriétés redox des électrodes, le potentiel de Nernst et la densité du courant d’échange, ont été déterminés, en se basant sur la première loi de Sternet le modèle théorique de Bulter -Volmer.Les résultats électrochimiques obtenus montrent que l’alliage TiFe+4 wt.% MWNTs présente les meilleures performances : une activation rapide (au 1er cycle) et une meilleure capacité maximale de décharge (266 mAh g-1) avec une réversibilité qui reste inchangée. / Hydrogen is the potential solution to make a success of the energy transition of a current system basically based on fossil fuels towards a system friendly to environment. However, the storage of hydrogen is a big challenge that hinders its practical application in different areas.. Metal hydrides can store a large amount of hydrogen reversibly under good conditions (temperature, pressure, safety ...) compared to other storage modes (gaseous and liquid). In addition, these same materials are used as negative electrode in Nickel-Metal Hydride batteriesIn the first part of this thesis, Ti-Fe alloys were synthesized using mechanical alloying (MA) under argon atmosphere at room temperature, with different ball to powder weight ratio and at different milling times. In order to determine the optimal parameters of the elaboration the metallic composite were investigated using different techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy (EDS support), chronopotentiometry, chronoamperometry and cyclic voltammetry,In the second part, the metallic compounds, TiFe+4%MWNTs, TiFe0.95-xMx, TiFe0.90M0.10 and TiFe0.90Mn0.05V0.05 (x=0.05, 0.15) (M : Mn or V), which are used as the negative electrode material for Ni-MH secondary batteries, were synthesized by mechanical alloying according to optimal parameters, previously determined.The effect of MWNT addition, the Mn and/or V partial substitution for Fe and the excess of titanium on the structural, morphological and electrochemical parameters such as activation, electrochemical discharge capacity, reversibility, cycle life time and hydrogen diffusion coefficient were investigated.The redox properties of the electrodes such as the Nernst potential and the exchange current density were studied based on Stern’s first law and the theoretical model of Bulter-Volmer.The electrochemical properties of studied samples show the best performance for TiFe+4% MWNTs alloy. Indeed, this alloy presents a rapid activation (1st cycle) and a best discharge capacity (266 mAhg-1) with a reversibility remaining unchanged

La technologie mousse utilisée actuellement pour la conception des électrodes positives des batteries Ni-MH, nécessite l'emploi d'un additif conducteur au cobalt en raison de la mauvaise conductivité électronique de la matière active Ni(OH)₂. La recherche de nouveaux composés au cobalt constitue un point clé en vue du développement de ces batteries vers des applications de forte puissance. Dans ce contexte, deux additifs conducteurs potentiels ont été étudiés au cours de ces travaux de thèse.<br />La première partie de l'étude a été focalisée sur des phases spinelle H_xLi_yCo_3-δO₄ conductrices, synthétisées par oxydation électrochimique de l'oxyde CoO. Une forte influence du traitement thermique du matériau sur sa conductivité électronique a été mise en évidence. Des analyses par diffraction des rayons X in situ, ATG-SM, RMN et des mesures de conductivités électroniques ont permis de mettre en évidence une redistribution cationique au sein de la structure spinelle, conduisant à une augmentation du rapport atomique Co⁴⁺/Co³⁺ dans le réseau octaédrique [Co₂O₄], sans variation du degré d'oxydation moyen du cobalt. Il s'ensuit une augmentation de la conductivité électronique du matériau de trois ordres de grandeur. Le second axe de la thèse concerne l'étude du comportement électrochimique de l'additif Na_0.6CoO₂. Les réactions d'échange/insertion des ions alcalins mises en jeu au cours des processus d'oxydation et de réduction de la phase initiale ont été étudiées en détail et un mécanisme a pu être proposé. L'oxyhydroxyde de cobalt hydraté γ, formé par oxydation de Na_0.6CoO₂ au cours du cyclage, s'est avéré présenter de très bonnes performances lors des tests en batteries. La formation d'une phase interstratifiée intermédiaire, qui possède une cinétique de réduction lente, permet de conserver la stabilité de l'additif à bas potentiel et par conséquent, l'intégrité du réseau conducteur.

Une alternative aux énergies fossiles comme vecteur énergétique peut se présenter sous la forme de l'hydrogène et de son stockage. Les hydrures métalliques sont une des options possibles pour le stockage de l'hydrogène. Les accumulateurs alcalins Ni-MH présentent une technologie intéressante pour les applications portables et pour le développement des véhicules électriques hybrides (HEV). Afin de répondre à la demande d'augmentation de la capacité massique des accumulateurs, de nouveaux composés intermétalliques hydrurables de type ABx (3etlt;xetlt;5) sont étudiés. Le groupe A est constitué de terres rares partiellement substituées par du magnésium, le groupe B contient du Ni. Après un état de l'art sur ce type de composés, le travail de cette thèse consiste à rechercher les conditions d'élaboration des composés A1-yMgyNix (3etlt;xetlt;5, 0etlt;yetlt;1, A= La, Pr, Nd) ainsi que de les caractériser d'un point de vue structural et physico-chimique (DRX, microsonde électronique, ICP) et de déterminer leurs propriétés vis-à-vis de l'hydrogène (réac tion solide-gaz et électrochimique). Durant ce travail de nouvelles phases ont été découvertes et caractérisées : les phases (A1-yMgy)5Ni19

Les mousses de nickel sont utilisées comme support d'électrode de batteries Ni-MH (Nickel/Métal Hydrure) pour les véhicules hybrides. Le procédé de fabrication consiste à déposer environ 10 microns de nickel sur une mousse de polyuréthanne à cellules ouvertes. Un traitement thermique est ensuite appliqué avec un double objectif : élimination du polymère sous air lors d'un cycle thermique jusqu'à 600°C, suivi d'un recuit à 1000°C sous atmosphère réductrice pour atteindre les propriétés mécaniques requises au cahier des charges.<br /><br />Le principal objectif de cette étude est la réduction des coûts de production tout en améliorant les caractéristiques mécaniques de la mousse. Une des actions de progrès consiste à optimiser le traitement thermique. Pour ce faire, dans une première partie, une optimisation de la dégradation thermique du polyuréthanne est étudiée par analyse thermogravimétrique. La dégradation sous air conduit à la superposition de trois phénomènes dont les énergies d'activation associées ont été calculées par la méthode de Kissinger. Après déconvolution des courbes ATG afin de dégager la contribution de chacun des phénomènes, un modèle de dégradation thermique est proposé.<br /><br />Dans une seconde partie, l'influence de la taille de grains sur les propriétés mécaniques de la mousse a été étudiée. Les caractérisations métallurgiques ont permis une analyse du grossissement des grains qui s'opère durant le recuit. La technique EBSD a permis de savoir si les brins de nickel conservent la texture inhérente à celle du dépôt électrolytique et si la structure cristalline du nickel recuit est isotrope. De plus, cette technique s'est révélée fort pratique pour distinguer les grains des macles de recuit. L'influence de la taille des grains sur les propriétés mécaniques a été étudiée via la loi de Hall-Petch. Les parois des brins de nickel étant très fines, de l'ordre de 10 microns, la croissance des grains et le comportement mécanique peuvent être différents par rapport à du nickel massif. Les résultats obtenus pour les mousses de nickel ont donc été comparés, d'une part avec ceux recensés dans la littérature pour le nickel pur et dense, et d'autre part avec des feuillards de nickel de 10 et 50 microns d'épaisseur. La loi de Hall-Petch est observée pour des tailles de grains inférieures à l'épaisseur des feuillards ou à la paroi des brins dans le cas des mousses, tandis que lorsque la microstructure devient "bambou", la limite d'élasticité reste constante. Finalement, un modèle mécanique, dans l'esprit de celui de Gibson & Ashby, est présenté en incorporant l'effet de la taille des grains sur la limite d'élasticité et le module plastique.<br /><br />Les piles à combustible constituent un autre marché potentiel pour les mousses de nickel, demandant de hautes températures de fonctionnement. Pour connaître le comportement de la mousse à haute température, des essais de fluage en traction ont été réalisés, d'une part entre 100 et 200°C sous air et d'autre part, entre 500 et 700°C sous vide primaire. Les paramètres de fluage, à savoir, l'exposant de Norton et l'énergie d'activation ont été déterminés expérimentalement et incorporés dans deux modèles mécaniques reposant sur la déformation des brins par flexion ou par traction.

The aim of my diploma thesis was to explore the influence of manganese ions put into nickel nitrate structure. The attention was focused mainly on the stabilization of nickel nitrate a modification, which could not change into b modification. The theoretical part of my thesis focused on applied materials, kinds of acumulators, basic parameters of acumulators and the description of chosen methods of measurement employed. It contained the electrodeposition, the impedance spectroscopy and the cyclic voltammetry. The task of the experimental part was to measure the effect of manganese ions put into potassium hydroxide structure. Proportions of Ni (nickel nitrate) : Mn (manganese nitrate) 10:0, 7:3, 5:5, 6:1 and 6:4 were blended for the measurement. By means of the electrodeposition, there was a thin layer of nickel hydroxide with an admixture of manganese ions from nickel nitrate and manganese nitrate dilution put on the nickel plate. After the spread of the thin layer on the nickel plate, the measurement by the method of cyclic voltammetry followed. The next task consisted in trying to add KOH (potassium hydroxide) anionic and cationic surfactant into the dilution.