Anomalous diffusion mediated by atom deposition into a porous substrate

Constant flux atom deposition into a porous medium is shown to generate a dense overlayer and a diffusion profile. Scaling analysis shows that the overlayer acts as a dynamic control for atomic diffusion in the porous substrate. This is modeled by generalizing the porous diffusion equation with a time-dependent diffusion coefficient equivalent to a nonlinear rescaling of timeComment: 4 page

High Power Impulse Magnetron Sputtering deposition of Pt inside fuel cell electrodes

International audienceHigh Power Impulse Magnetron Sputtering process is used to incorporate catalytic nanoclusters of platinum into microporous carbon. Such a process leads to an enhancement of the Pt species penetration into the porous media as evidenced by Rutherford backscattering spectroscopy analysis. Each catalyzed porous carbon is tested as a cathode of a proton exchange membrane fuel cell. An increase of 80 % at 0.65 V of the PEMFC power density for a low catalyst loading of 0.02 mg.cm-2 highlights the use of the HiPIMS process versus the conventional DC magnetron sputtering proces

Ballistic and molecular dynamics simulations of aluminum deposition in micro-trenches

Two different feature scale modeling frameworks are utilized for the study of aluminum (Al) deposition profiles inside micro-trenches. The first framework, which is applied in metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) of Al, couples a ballistic model for the local flux calculation, a surface chemistry model, and a profile evolution algorithm. The calculated conformity of the deposited film is compared with experimental results corresponding to Al MOCVD from dimethylethylamine alane (DMEAA). The outcome of the comparison is that the effective sticking coefficient of DMEAA is in the range of 0.1 - 1. There is also a strong indication that surface reaction kinetics follows Langmuir - Hinshelwood or Eley - Rideal mechanism. The second framework, which is applied in physical vapor deposition of Al, implements 2D molecular dynamics (MD) simulations. The simulations are performed in a "miniaturized" domain of some hundreds of Angstroms and are used to explore micro-trench filling during magnetron sputtering deposition of Al on a rotated substrate. Most of the experimental results are qualitatively reproduced by the MD simulations; the rotation, aspect ratio, and kinetic energy effects are correctly described despite the completely different length scales of simulation and experiment. The sticking probability of Al is calculated 0.6 for the conditions of the experiments

ELABORATION D'ELECTRODES DE PILES A COMBUSTIBLE PAR PLASMA

Thèse en cotutelle : Université d'Orléans (18 mois) et Australian National University (18 mois).This work is part of a collaborative program between the GREMI laboratory in France (Orléans) and SP3 group in ANU (Canberra) on fuel cell optimization by plasma processing. My research project has involved developing a highly efficient fuel cell electrode made of high specific area carbon nanostructures surrounded by platinum catalyst by plasma techniques. During the first phase in France, I focused on platinum nanoparticles soaking of a chemical porous uncatalysed electrode over a depth of few hundred nanometers by plasma sputtering. This method decreased the platinum loading which is very expensive, compared to traditional chemical electrodes without decreasing the fuel cell efficiency. I started the second phase of my PhD in July 2005 at the Plasma Research Laboratory of the Australian National University. The plan for the Australian component of my research was to deposit high surface area carbon supports for the fuel cell catalyst by using plasma processing techniques. In this new electrode morphology, the catalyst is dispersed on few micrometers of a higher electrically conductive support which allows increasing fuel cell efficiency with a very low catalyst loading. Carbon nanofibers (CNF) were successfully grown on an electrode backing covered by a thin nickel layer using a Chemical Vapor Deposition in a high density helicon plasma processing reactor that I designed, built and commissioned. I have characterised the morphology of CNFs produced using different plasma deposition parameters and optimized the process for the fuel cell applications. This has included using a Helicon sputtering plasma to cover by platinum nanoparticles.Cette thèse en cotutelle résulte de la collaboration entre le laboratoire français GREMI (Orléans) et le groupe australien SP3 (Université National Australienne) sur l'optimisation des piles à combustible par procédé plasma. Mon projet d'étude concerne le développement d'une électrode de pile à combustible constituée d'une nanostructure carbonée imprégnée d'agrégats de catalyseur platine, l'enjeu étant de réduire la quantité de platine tout en conservant de bonnes performances électrochimiques. Durant la première partie passée en France, des électrodes traditionnelles non catalysées ont été imprégnées d'agrégats de platine sur quelques centaines de nanomètres par pulvérisation plasma. Cette méthode a permis de réduire considérablement la charge de platine par rapport à une électrode traditionnelle catalysée chimiquement tout en réduisant légèrement ses performances. La seconde moitié de ma thèse en Australie concerna la croissance d'un support catalytique carboné de grande surface spécifique optimisé pour l'application pile à combustible. Des nanofibres de carbone (CNF) ont donc été déposées sur du papier de carbone recouvert d'une fine couche de nickel en utilisant un procédé CVD (Chemical Vapor Deposition) dans un réacteur plasma Helicon que j'ai conçu et développé. La morphologie des CNF a été caractérisée et optimisée en fonction des paramètres plasmas. Ce tapis de CNF a été imprégné d'agrégats de platine par pulvérisation plasma Helicon. Dans cette nouvelle électrode entièrement réalisée par plasma, le catalyseur dispersé est cette fois réparti sur quelques micromètres ce qui permettra d'augmenter les performances électriques de la pile

Elaboration d électrodes de pile à combustible par plasma

Cette thèse en cotutelle résulte de la collaboration entre le laboratoire français GREMI (Orléans) et le groupe australien SP3 (Université National Australienne) sur l optimisation des piles à combustible par procédé plasma. Mon projet d étude concerne le développement d une électrode de pile à combustible constituée d une nanostructure carbonée imprégnée d agrégats de catalyseur platine, l enjeu étant de réduire la quantité de platine tout en conservant de bonnes performances électrochimiques. Durant la première partie passée en France, des électrodes traditionnelles non catalysées ont été imprégnées d agrégats de platine sur quelques centaines de nanomètres par pulvérisation plasma. Cette méthode a permis de réduire considérablement la charge de platine par rapport à une électrode traditionnelle catalysée chimiquement tout en réduisant légèrement ses performances. La seconde moitié de ma thèse en Australie concerna la croissance d un support catalytique carboné de grande surface spécifique optimisé pour l application pile à combustible. Des nanofibres de carbone (CNF) ont donc été déposées sur du papier de carbone recouvert d une fine couche de nickel en utilisant un procédé CVD (Chemical Vapor Deposition) dans un réacteur plasma Helicon que j ai conçu et développé. La morphologie des CNF a été caractérisée et optimisée en fonction des paramètres plasmas. Ce tapis de CNF a été imprégné d agrégats de platine par pulvérisation plasma Helicon. Dans cette nouvelle électrode entièrement réalisée par plasma, le catalyseur est cette fois réparti sur quelques micromètres ce qui permettra d augmenter les performances électriques de la pile.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocSudocFranceF

Polymer Electrolyte Fuel Cell Electrodes Grown by Vapor Deposition Techniques

International audiencePolymer fuel cell electrode growth using vapor deposition techniques is reviewed. The supports, the nanocatalyst sizes and morphologies, and the resulting electrodes are examined as a function of the vapor deposition process; sputtering, CVD, plasma-enhanced (PE)CVD, and metal-organic (MO)CVD. In each case, up-to-date fuel cell performances are highlighted. Vapor depositions are valuable techniques for designing fuel cell electrodes of various kinds with good fuel cell performances, e.g., power density and catalyst activity

Plasma sputtering deposition of PEMFC active catalytic layer

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Plasmas create a new path for next generation hydrogen fuel cells

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