حســـــــاب خـــواص تـخزين الـهيدروجين في الـهيدريدات القائمة على Li وNa المطعمة بــذرات (C,Si, Ge)

Abstract

الـهدف من هذا العمل هو تـحسين خواص تـخزين الـهيدروجين في الـهيدريدات القائمة على الليثيوم والـهيدريدات القائمة على الصوديوم. هذه التـحسينات تتمثل في زيادة نسبة تـخزين الـهيدروجين وفي عكوسيته، دخوله وخروجه بسهولة في هذه الـهيدريدات. من أجل ذلك قمنا بدراسة الـخصائص البنيوية والإلكترونية لـلهيدريدات الـمرجعية LiH وNaH والـهيدريدات الـمضاعفة Li7XH8 وNa7XH8 عن طريق ادخال ذرات C، Si وGe. تـمت هذه الدراسة باستخدام النظرية التابعية للكثافة DFT، طريقة الأمواج الـمستوية الـمتزايدة خطيا والكمون الكاملFP-LAPW الـمتواجدة في برنامج WIEN2k. بالنسبة للهيدريدات Li7XH8 وجدنا أن قوة الترابط التساهـمي على طول الرابطة (C، Si وGe)Li- وعلى طول الرابطة (C، Si وGe)H- يقلل من قيم طاقة التشكل وقيم درجة حرارة التفكك مـما يؤدي إلى انـخفاض في استقرار الـهيدريدات الـمضاعفة Li7XH8 مقارنة بالـهيدريد الـمرجعي LiH. نفس النتيجة سجلت بالنسبة Na7XH8. بالنسبة للهيدريدات Li7XH8 وجد أن الـهيدريد Li7CH8 له خواص جيدة لتـخزين الـهيدروجين والـمتمثلة في عكوسية أكبر، نسبة تـخزين أكبر، ثابت شبكة أصغر ودرجة حرارة تفكك أقل مقارنة مع Li7SiH8 و Li7GeH8. بالنسبة للهيدريدات Na7XH8 وجد أن الـهيدريد Na7SiH8 له خواص جيدة لتـخزين الـهيدروجين والـمتمثلة في عكوسية أكبر، نسبة تـخزين مقبولة ودرجة حرارة تفكك أقل مقارنة مع Na7CH8 و Na7GeH8. بالنسبة لـمجال التطبيقات لـخلايا الوقود يعتبر الـهيدريد Na7GeH8 هو الأحسن مقارنة مع Na7SiH8 و Na7CH8. الـهيدريدات الـمرجعية لـها طابع عازل والـهيدريدات الـمضاعفة لـها طابع موصل. الدراسة الإلكترونية لـلهيدريدات الـمرجعية والـهيدريدات الـمضاعفة تؤكد وتدعم النتائج الـمتحصل عليها.

L'objectif de ce travail est d'améliorer les propriétés du stockage de l'hydrogène des hydrures à base de lithium et des hydrures à base de sodium. Ces améliorations incluent l’augmentation du taux de stockage de l’hydrogène et sa réversibilité, facilitant l’entrée et la sortie de l’hydrogène dans ces hydrures. Pour cet objectif, on a étudié les propriétés structurales et électroniques des hydrures de référence LiH et NaH et des hydrures doubles Li7XH8 et Na7XH8 en introduisant des atomes de C, Si et Ge à la place de l’atome X. Cet étude a été effectué par l’utilisation de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), la méthode d'augmentation linéaire des ondes planes et du potentiel complet (FP-LAPW), implantés dans le programme WIEN2k. Pour les hydrures Li7XH8, une forte liaison covalente a été trouvée le long Li-(C, Si et Ge) et le long Li-(C, Si et Ge) qui diminue les valeurs de l’énergie de formation et les valeurs de la chaleur de dissociation ce qui conduit à une diminution dans la stabilité des hydrures doubles Li7XH8 comparativement au hydrure de référence LiH. Le même résultat a été enregistré pour Na7XH8. Concernant les hydrures Li7XH8, il a été constaté que l'hydrure Li7CH8 possède de bonnes propriétés de stockage de l'hydrogène, représentées par une plus grande réversibilité, un taux de stockage plus élevé, une constante de réseau plus petite et une température de dissociation plus faible par rapport à Li7SiH8 et Li7GeH8. Concernant les hydrures Na7XH8, il a été constaté que l'hydrure Na7SiH8 possède de bonnes propriétés de stockage de l'hydrogène, représentées par une plus grande réversibilité, un taux de stockage acceptable et une température de dissociation plus faible par rapport à Na7CH8 et Na7GeH8. Pour les applications des piles à combustible, l’hydrure Na7GeH8 est considéré comme le meilleur comparativement aux Na7SiH8 et Na7CH8. Les hydrures de référence ont un caractère isolant et les hydrures doubles ont un caractère conducteur. L'étude électronique des hydrures de référence et des hydrures doubles confirme et supporte les résultats obtenus

The aim of this work is to improve the hydrogen storage properties in lithium base hydrides and in sodium base hydrides. These improvements include increasing hydrogen storage and its reversibility, making it easier for hydrogen to enter and realize in these hydrides. For this purpose, it was studied structural and electronic properties of referential hydrides LiH and NaH, and super lattice hydrides Li7XH8 and Na7XH8 which introduce the atoms of C, Si and Ge at the position of X atom. This study was carried out using density functional theory (DFT), the linear augmentation plane waves method and full potential (FP-LAPW), implemented in the WIEN2k program. For Li7XH8 hydrides, a strong covalent bond was found along Li-(C, Si and Ge) and along Li-(C, Si and Ge) which decreases formation energy and dissociation heat values which leads to a decrease in the stability of super lattice hydrides Li7XH8 compared to the reference hydride LiH. The same result was observed for Na7XH8. Concerning Li7XH8 hydrides, it was found that Li7CH8 hydride has good hydrogen storage properties, represented by greater reversibility, higher storage density, smaller lattice constant and lower dissociation temperature compared to Li7SiH8 and Li7GeH8. Concerning Na7XH8 hydrides, it was found that Na7SiH8 hydride has good hydrogen storage properties, represented by greater reversibility, acceptable storage density and lower dissociation temperature compared to Na7CH8 and Na7GeH8. For fuel cell applications, the hydride Na7GeH8 is considered the best compared to Na7SiH8 and Na7CH8. The referential hydrides have an insulating character and the super lattice hydrides have a conductive character. The electronic study of referential hydrides and the super lattice hydrides confirms and supports the obtained results.