Etude computationnelle de la formation d'un film ultra-mince de Nafion à l'intérieur d'une couche catalytique de PEMFC

par Daiane Damasceno Borges

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Gérard Gebel.

Soutenue le 12-04-2013

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec CEA Grenoble (équipe de recherche) .

Le président du jury était Gerald Pourcelly.

Le jury était composé de Alejandro a. Franco, David Brown.

Les rapporteurs étaient Kunal Karan, Mathieu Salanne.


  • Résumé

    Le Nafion dans la couche catalytique des PEMFCs peut former un revêtement de film ultra-mince enrobant la surface du catalyseur et ses supports. La morphologie du Nafion se révèle être très sensibles à la nature du matériau sur lequel le film est déposé, et en particulier le caractère hydrophobe/phile de ces matériaux. Notre travail consiste à effectuer une enquête complète sur les effets hydrophiles du substrat sur les propriétés physiques du film ultra-mince de Nafion à des niveaux différents d'hydratation. Par conséquent, nous étudions selon un cadre unique une variété d'environnements spécifiques de la couche du catalyseur de la PEMFC, pouvant aller d'un substrat hydrophobe (carbone) à hydrophile (platine). La méthode numérique choisie pour ce travail est une simulation par Dynamique Moléculaire classique. Les configurations de films ultra-minces correctement thermalisés ont été décrites en détail en fonction de leurs propriétés structurales et dynamiques.

  • Titre traduit

    Computational studies of the formation of Nafion ultra-thin films inside PEMFC catalyst layer


  • Résumé

    Nafion inside Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFC) catalyst layers can be found as an ultra-thin film coating the catalyst and the catalyst support surfaces. Nafion morphology shows to be strongly sensitive to the type of material where the film is deposited, especially the hydrophobic/philic character of these materials. Our work consists in performing a complete investigation of the substrate hydrophilicity effects on the physical properties of Nafion ultra-thin film at different hydration levels. We investigate in a unique framework a variety of environments peculiar of the PEMFC catalyst layer, ranging from hydrophobic (carbon) to hydrophilic (platinum) substrates. The numerical method chosen for this work is classical Molecular Dynamics simulations. The well-thermalized thin-film configurations were described in details in terms of their structural and dynamical properties.


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