CHAPITRE 1 : ÉTAT DE L’ART
4.7 Conditions de stockage
Matzek et al. préconisent un stockage de l’alane sous atmosphère inerte (azote ou argon) à une température inférieure à 0 °C et préférablement inférieure à -15 °C afin de ralentir la cinétique de décomposition. Le Tableau 23 fait état du pourcentage de décomposition d’un échantillon de AlH3 pur stocké à température ambiante ou à -15 °C [58].
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Tableau 23 : Pourcentage de décomposition de l'alane après un stockage à température ambiante et à -15 °C [58]
Ces données mettent en évidence qu’un stockage à basse température réduit la vitesse de décomposition de l’alane.
4.8 Conclusion
De nombreuses solutions de stabilisation de l’alane sont donc envisageables. Cependant, lorsque les informations sont tirées de brevets, les données sont peu précises et difficilement reproductibles. C’est pourquoi il a semblé nécessaire pour ce travail de réaliser des essais de stabilisation de l’alane. Les techniques de stabilisation les plus reproductibles testées ont été le lavage à l’acide, la stabilisation de surface avec de l’aluminon et le dopage au magnésium car elles sont les plus simples à mettre en œuvre et les plus précises.
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Discussion
Ces différentes études ont permis de connaître différentes propriétés thermodynamiques de l’alane [7], [11], notamment les températures de décomposition des différentes phases et la mise en évidence de la transformation exothermique des phases peu stables (β, γ et α’) en phase stable α [26], [27]. Cette transformation est cependant accompagnée d’une importante perte d’hydrogène [27]. L’absence de données radiocristallographiques sur certaines phases d’alane compliquera fortement l’exploitation de nos diffractogrammes.
Au regard de cet état de l’art, la synthèse de l’alane dans sa forme la plus stable, à savoir la phase α, est relativement complexe. Elle demande l’utilisation de réactifs sensibles tels que des hydrures en milieu organique (diéthyléther et toluène) et sous atmosphère contrôlée. La
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complexité de cette synthèse lui confère un coût relativement élevée et un appareillage difficilement adaptable pour une production à grande échelle.
Le développement d’une synthèse plus sûre et moins onéreuse de la phase α de l’alane est donc l’objectif de ces travaux. Une optimisation de la synthèse pour une production à plus grande échelle est également un objectif. Sachant que la synthèse classique de Schlesinger par recristallisation dans le toluène a déjà fait l’objet d’une étude lors d’une thèse précédente au laboratoire IC2MP [15], l’optimisation se portera sur la synthèse sans toluène qui permet de simplifier le protocole expérimental, de réduire la taille des réacteurs mais aussi d’abaisser les coûts de production en diminuant la quantité de solvant à utiliser. La voie thermochimique sans solvant fera l’objet d’une étude à l’aide d’un plan d’expériences. Cette méthode de synthèse semble en effet prometteuse pour simplifier le procédé, n’utilise pas de solvants organiques et présente donc de meilleures garanties en termes de sécurité. Elle offre enfin des perspectives intéressantes pour le passage d’une production à l’échelle du laboratoire vers une production industrielle.
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Références
1. Ariane 5 caractéristiques.
2. architecture du lanceur Ariane 5.
3. Schéma d'un propulseur hybride.
4. Maggi, F., et al., Theoretical analysis of hydrides in solid and hybrid rocket
propulsion. International Journal of Hydrogen Energy, 2011. 37(2): p. 1760-1769.
5. Zidan, R., Aluminum hydride (alane). Handb. Hydrogen Storage, 2010: p. 249-277. 6. Brower, F.M., et al., Preparation and properties of aluminum hydride. Journal of the
American Chemical Society, 1976. 98(9): p. 2450-2453.
7. Graetz, J. and J.J. Reilly, Thermodynamics of the , and polymorphs of AlH3.
Journal of Alloys and Compounds, 2006. 424(1-2): p. 262-265.
8. Lund, G.K., J.M. Hanks, and H.E. Johnston, Method for the production of -alane, 2005, Application: US, 6,984,746, 2004-947078, 2005222445
9. Petrie, M.A., et al., Preparation of aluminum hydride polymorphs, particularly stabilized alpha-AlH3, 2000, 6,228,338
10. Lund, G.K., J.M. Hanks, and H.E. Johnston, Method for the production of alpha-alane, 2007, US, 7238336 B2
11. Sartori, S., et al., Experimental studies of -AlD3 and '-AlD3 versus first-principles
modelling of the alane isomorphs. Journal of Materials Chemistry, 2008. 18(20): p.
2361-2370.
12. Turley, J.W. and H.W. Rinn, Crystal structure of aluminum hydride. Inorganic Chemistry, 1969. 8(1): p. 18-22.
13. Vajeeston, P., P. Ravindran, and H. Fjellvaag, Novel High Pressure Phases of -AlH3:
A Density-Functional Study. Chemistry of Materials, 2008. 20 (19): p. 5997-6002.
14. Brinks, H.W., A. Istad-Lem, and B.C. Hauback, Mechanochemical Synthesis and
Crystal Structure of '-AlD3 and -AlD3. Journal of Physical Chemistry B, 2006.
110(51): p. 25833-25837.
15. Cong, W., Préparation, caractérisation et stabilité thermiques de différentes phases de l'hydrure d'aluminium, thèse de l’Université de Poitiers, 2011
16. Graetz, J., et al., Aluminum hydride as a hydrogen and energy storage material: Past,
present and future. Journal of alloys compounds, 2011. 509 (Suppl. 2): p. S517-S528.
17. Brinks, H.W., et al., Synthesis and crystal structure of -AlD3. Journal of Alloys and Compounds, 2007. 433 (1-2): p. 180-183.
18. Ke, X., A. Kuwabara, and I. Tanaka, Cubic and orthorhombic structures of aluminum
hydride AlH3 predicted by a first-principles study. Physical Review B: Condensed
Matter and Materials Physics, 2005. 71 (18): p. 184107/1-184107/7.
19. Yartys, V.A., et al., Double-Bridge Bonding of Aluminum and Hydrogen in the Crystal
63
20. Brinks, H.W., et al., The crystal structure of -AlD3. Journal of Alloys and Compounds, 2007. 441(1-2): p. 364-367.
21. Goncharenko, I., et al., Pressure-induced hydrogen-dominant metallic state in
aluminum hydride. Physical Review Letters, 2008. 100(4): p. 045504/1-045504/4.
22. Yartys, V.A., et al., Short hydrogenâtion hydrogen separations in novel intermetallic
hydrides, RE3Ni3In3D4 (RE=La, Ce and Nd). Journal of Alloys and Compounds,
2002. 330(0): p. 132-140.
23. Sinke, G.C., et al., Thermodynamic properties of aluminum hydride. Journal of Chemical Physics, 1967. 47(8): p. 2759-61.
24. Orimo, S., et al., Intrinsic and mechanically modified thermal stabilities of -, - and -aluminum trihydrides AlH3. Applied Physics A: Materials Science & Processing,
2006. 83(1): p. 5-8.
25. Claudy, P., B. Bonnetot, and J.M. Letoffe, Preparation and physicochemical
properties of aluminum hydride -AlH3. Journal of Thermal Analysis, 1979. 15(1): p.
129-139.
26. Graetz, J., et al., Aluminum hydride, AlH3, as a hydrogen storage compound. Advanced Materials for Energy Conversion III, Proceedings of a Symposium held during the TMS Annual Meeting, 3rd, San Antonio, TX, United States, Mar. 12-16, 2006, 2006: p. 57-63.
27. Maehlen, J.P., et al., Thermal decomposition of AlH3 studied by in situ synchrotron X-
ray diffraction and thermal desorption spectroscopy. Journal of Alloys and
Compounds, 2007. 446-447: p. 280-289.
28. Graetz, J. and J.J. Reilly, Decomposition Kinetics of the AlH3 Polymorphs. Journal of
Physical Chemistry B, 2005. 109(47): p. 22181-22185.
29. Young Jr, G.A. and J.R. Scully, The diffusion and trapping of hydrogen in high purity
aluminum. Acta Materialia, 1998. 46(18): p. 6337-6349.
30. Stecher, O. and E. Wiberg, Nonvolatile polymeric Al hydride (AlH3)x and some
volatile derivatives of the monomeric AlH3. Berichte der Deutschen Chemischen
Gesellschaft [Abteilung] B: Abhandlungen, 1942. 75B: p. 2003-12.
31. Finholt, A.E., A.C. Bond, Jr., and H.I. Schlesinger, Lithium aluminum hydride,
aluminum hydride, and lithium gallium hydride, and some of their applications in organic and inorganic chemistry. Journal of the American Chemical Society, 1947.
69: p. 1199-1203.
32. Chizinsky, G., et al., Nonsolvated aluminum hydride. Journal of the American Chemical Society, 1955. 77: p. 3164-5.
33. Bulychev, B.M., et al., Non-solvated aluminum hydride. Crystallization from diethyl
ether-benzene solutions. Russian Chemical Bulletin, 2007. 56(7): p. 1305-1312.
34. Niles, E.T., B.A.H. Seaman, and E.J. Wilson, Stabilization of aluminum hydride, 1975, Application: US, 3869544
35. Liu, M., J. He, and Y. Cao, Synthesis and properties of alane. Theory and Practice of Energetic Materials, Proceedings of the International Autumn Seminar on Propellants, Explosives and Pyrotechnics, 7th, Xi'an, China, Oct. 23-26, 2007, 2007: p. 21-26.
64
36. Reigler, P.F. and L.F. Lamoria, Preparation of non-ether solvated macrocrystalline aluminum hydride, 1974, US, 3822342
37. Scruggs, J.A., Direct crystallization of aluminum hydride from toluene-ether, 1974, US, 3801657
38. Schmidt, D.L. and R.W. Diesen, Process for preparing crystalline, nonsolvated aluminum hydride, 1974, US, 3840654
39. Bulychev, B.M., P.A. Storozhenko, and V.N. Fokin, "One-step" synthesis of
nonsolvated aluminum hydride. Russian Chemical Bulletin, 2009. 58(9): p. 1817-
1823.
40. Mirsaidov, U., Synthesis, properties, and assimilation methods of aluminium hydride. Hydrogen Mater. Sci. Chem. Carbon Nanomater., Int. Conf., 10th, 2007: p. 77-85. 41. Daniels, R.D. and J.A. Snover, Preparation of macrocrystalline, hexagonal aluminum
hydride, 1974, 3819335
42. Brinks, H.W. and B.C. Hauback, Synthesis of aluminum hydride and structurally related phases, 2007, WO, 2007133092
43. Paskevicius, M., D.A. Sheppard, and C.E. Buckley, Characterisation of
mechanochemically synthesised alane (AlH3) nanoparticles. J. Alloys Compd., 2009.
487(1-2): p. 370-376.
44. Dinh, L.V., et al., Novel methods for synthesizing halide-free alane without the
formation of adducts. Applied Physics A: Materials Science & Processing, 2012.
107(1): p. 173-181.
45. Clasen, H., Aluminum hydride and complex hydrides containing aluminum hydride, 1962, DE, 1141623
46. Zidan, R., et al., Aluminium hydride: a reversible material for hydrogen storage. Chemical Communications (Cambridge, United Kingdom), 2009(25): p. 3717-3719. 47. Martinez-Rodriguez, M.J., et al., Advances in the electrochemical regeneration of
aluminum hydride. Applied Physics A: Materials Science & Processing, 2012. 106(3):
p. 545-550.
48. Mirsaidov, U., et al., Study of the reaction of lithium and sodium tetrahydroaluminates
with hydrogen chloride in a medium of organic solvents. Izvestiya Akademii Nauk
Tadzhikskoi SSR, Otdelenie Fiziko-Matematicheskikh i Geologo-Khimicheskikh Nauk, 1975(4): p. 92-5.
49. Brown, H.C. and N.M. Yoon, Selective reductions. X. Reaction of aluminum hydride
with selective organic compounds containing representative functional groups. Comparison of the reducing characteristics of lithium aluminum hydride and its derivatives. Journal of the American Chemical Society, 1966. 88(7): p. 1464-72.
50. Bakum, S.I., S.F. Kuznetsova, and N.T. Kuznetsov, Method for the preparation of
aluminum hydride. Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2010. 55(12): p. 1830-
1832.
51. Bulychev, B.M., V.N. Verbetskii, and P.A. Storozhenko, "Direct" synthesis of
unsolvated aluminum hydride involving Lewis and Bronsted acids. Zh. Neorg. Khim.,
65
52. Matzek, N.E. and D.F. Musinski, Aluminum hydride in hexagonal or rhombohedral crystalline form, 1974, US, 3819819
53. Brower, F.M., et al., Preparation of aluminum hydride compositions, 1974, 3823226 54. Xu, B., J. Liu, and X. Wang, Preparation and thermal properties of aluminum hydride
polymorphs. Vacuum, 2014. 99: p. 127-134.
55. Kempa, P.B., V. Thome, and M. Herrmann, Structure, chemical and physical behavior
of aluminum hydride. Particle and Particle Systems Characterization, 2009. 26(3): p.
132-137.
56. Wang, Y., et al., The influence of amorphous Al2O3 coating on hydrogen uptake of
materials. Journal of Alloys and Compounds, 2008. 464(1 et 2): p. L13-L16.
57. Kato, S., et al., Surface changes on AlH3 during the hydrogen desorption. Applied Physics Letters, 2010. 96(5): p. 051912/1-051912/3.
58. Matzek, N.E., Stabilization of aluminum hydride, 1974, Application: US, 3852043 59. Matzek, N.E., Nonsolvated aluminum hydride coated with stabilizer, 1974, US,
3844853
60. Tarasov, V.P., et al., Kinetics of Formation of Metallic Aluminum upon Thermal and
Photolytic Decomposition of Aluminum Trihydride and Trideuteride as Probed by NMR. Doklady Physical Chemistry (Translation of the physical chemistry section of
67