Improvement of Explosive Detection with a Fluorescent Sensor Using a Heating Device

AbstractThere is a strong demand for a fast and reliable detection of explosives because of their use in most terrorist attacks. Chemical sensors, especially fluorescent ones, seem to fill the need in terms of reliability, cost and handling ability. In this paper, the detection of 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) and 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazacyclohexane (RDX or hexogen) using a heating device of the particles was studied. Two fluorescent sensitive materials were compared: diimine [1] and polycarbosilane functionalised with pyrene moieties at 50% (PCS-Py-50%) [2]. Both materials were shown to be sensitive to TNT and RDX vapours. The PCS-Py-50% material was the most promising for the detection of RDX because of a higher kinetics of interaction

Développement d'une pile à combustible à oxyde solide de type monochambre fonctionnant sous mélange air/méthane

Cette étude est consacrée au développement d une pile à combustible à oxyde solide (SOFC) de type monochambre. Contrairement à une pile SOFC conventionnelle, le système monochambre fonctionne dans un mélange de gaz hydrocarbure/air ce qui permet de s affranchir des contraintes d étanchéités. Le principe de fonctionnement est basé sur la différence d activité catalytique entre l anode et la cathode : l anode doit être sélective à l oxydation des hydrocarbures et la cathode à la réduction de l oxygène. La configuration monochambre implique cependant de nouvelles contraintes concernant notamment la stabilité des matériaux sous mélange hydrocarbure/air à haute température.L objectif de cette thèse est d optimiser les performances d une pile monochambre fonctionnant sous mélange méthane/oxygène et d améliorer la compréhension de ce système.Les différents éléments d une pile (électrolyte, cathode, anode) ont été caractérisés sous mélange méthane/oxygène. Quatre matériaux de cathodes (LSM, BSCF, SSC, LSCF) ont été comparés au niveau de leur activité catalytique, stabilité, conductivité électrique et résistance de polarisation. Une étude catalytique de l anode a été réalisée afin d identifier les réactions chimiques qui se produisent. Une étude de pile complète en géométrie électrolyte support a permis de sélectionner le matériau de cathode LSCF. Cette étude a également mis en évidence la nécessité de diminuer l épaisseur de l électrolyte, la géométrie anode support a donc été étudiée. La première pile anode support a présentée une anode inhomogène et un électrolyte poreux. Des travaux ont été menés afin d homogénéiser l anode et de diminuer la porosité de l électrolyte. En optimisant les conditions de fonctionnement (température et rapport CH4/O2), une densité de puissance maximale de 160 mW.cm-2 a été obtenue.This study is devoted to the development of a single-chamber solid oxide fuel cell. Contrary to a conventional solid oxide fuel cell, a single chamber fuel cell works under a hydrocarbon/air mixture with no more sealing needed. The working principle of this device is based on the difference of catalytic activity between the anode and the cathode: the anode must be selective to hydrocarbon oxidation and the cathode to oxygen reduction. With single-chamber geometry, chemical stability of materials has to be taken into account under hydrocarbon/air mixture at high temperature.The goal of this work is to optimize the performances of a single-chamber cell working under methane/oxygen mixture and to improve this device comprehension.Each part of the cell (electrolyte, anode, cathode) was characterized under methane/oxygen mixture. Four cathode materials (LSM, BSCF, SSC, LSCF) were compared regarding their catalytic activity, stability, electrical conductivity and polarization resistance. The catalytic activity of the anode was studied in order to identify the chemical reactions happening. A study of electrolyte supported cells showed that LSCF material is the most suitable cathode. Furthermore, this study showed that the electrolyte was too thick; the anode supported configuration was studied. The first anode supported cell showed an inhomogeneous anode and a porous electrolyte. From that, a study of the homogeneity of the anode and the densification of the electrolyte was performed. A maximum power density of 160mW.cm-2 was obtained by optimizing the working conditions of the cells (temperature and CH4/O2 ratio).ST ETIENNE-ENS des Mines (422182304) / SudocSudocFranceF

Development of a single-chamber solid oxide fuel cell working under methane/oxygen mixture

Cette étude est consacrée au développement d’une pile à combustible à oxyde solide (SOFC) de type monochambre. Contrairement à une pile SOFC conventionnelle, le système monochambre fonctionne dans un mélange de gaz hydrocarbure/air ce qui permet de s’affranchir des contraintes d’étanchéités. Le principe de fonctionnement est basé sur la différence d’activité catalytique entre l’anode et la cathode : l’anode doit être sélective à l’oxydation des hydrocarbures et la cathode à la réduction de l’oxygène. La configuration monochambre implique cependant de nouvelles contraintes concernant notamment la stabilité des matériaux sous mélange hydrocarbure/air à haute température.L’objectif de cette thèse est d’optimiser les performances d’une pile monochambre fonctionnant sous mélange méthane/oxygène et d’améliorer la compréhension de ce système.Les différents éléments d’une pile (électrolyte, cathode, anode) ont été caractérisés sous mélange méthane/oxygène. Quatre matériaux de cathodes (LSM, BSCF, SSC, LSCF) ont été comparés au niveau de leur activité catalytique, stabilité, conductivité électrique et résistance de polarisation. Une étude catalytique de l’anode a été réalisée afin d’identifier les réactions chimiques qui se produisent. Une étude de pile complète en géométrie électrolyte support a permis de sélectionner le matériau de cathode LSCF. Cette étude a également mis en évidence la nécessité de diminuer l’épaisseur de l’électrolyte, la géométrie anode support a donc été étudiée. La première pile anode support a présentée une anode inhomogène et un électrolyte poreux. Des travaux ont été menés afin d’homogénéiser l’anode et de diminuer la porosité de l’électrolyte. En optimisant les conditions de fonctionnement (température et rapport CH4/O2), une densité de puissance maximale de 160 mW.cm-2 a été obtenue.This study is devoted to the development of a single-chamber solid oxide fuel cell. Contrary to a conventional solid oxide fuel cell, a single chamber fuel cell works under a hydrocarbon/air mixture with no more sealing needed. The working principle of this device is based on the difference of catalytic activity between the anode and the cathode: the anode must be selective to hydrocarbon oxidation and the cathode to oxygen reduction. With single-chamber geometry, chemical stability of materials has to be taken into account under hydrocarbon/air mixture at high temperature.The goal of this work is to optimize the performances of a single-chamber cell working under methane/oxygen mixture and to improve this device comprehension.Each part of the cell (electrolyte, anode, cathode) was characterized under methane/oxygen mixture. Four cathode materials (LSM, BSCF, SSC, LSCF) were compared regarding their catalytic activity, stability, electrical conductivity and polarization resistance. The catalytic activity of the anode was studied in order to identify the chemical reactions happening. A study of electrolyte supported cells showed that LSCF material is the most suitable cathode. Furthermore, this study showed that the electrolyte was too thick; the anode supported configuration was studied. The first anode supported cell showed an inhomogeneous anode and a porous electrolyte. From that, a study of the homogeneity of the anode and the densification of the electrolyte was performed. A maximum power density of 160mW.cm-2 was obtained by optimizing the working conditions of the cells (temperature and CH4/O2 ratio)

Développement d’une pile à combustible à oxyde solide de type monochambre fonctionnant sous mélange air/méthane

This study is devoted to the development of a single-chamber solid oxide fuel cell. Contrary to a conventional solid oxide fuel cell, a single chamber fuel cell works under a hydrocarbon/air mixture with no more sealing needed. The working principle of this device is based on the difference of catalytic activity between the anode and the cathode: the anode must be selective to hydrocarbon oxidation and the cathode to oxygen reduction. With single-chamber geometry, chemical stability of materials has to be taken into account under hydrocarbon/air mixture at high temperature.The goal of this work is to optimize the performances of a single-chamber cell working under methane/oxygen mixture and to improve this device comprehension.Each part of the cell (electrolyte, anode, cathode) was characterized under methane/oxygen mixture. Four cathode materials (LSM, BSCF, SSC, LSCF) were compared regarding their catalytic activity, stability, electrical conductivity and polarization resistance. The catalytic activity of the anode was studied in order to identify the chemical reactions happening. A study of electrolyte supported cells showed that LSCF material is the most suitable cathode. Furthermore, this study showed that the electrolyte was too thick; the anode supported configuration was studied. The first anode supported cell showed an inhomogeneous anode and a porous electrolyte. From that, a study of the homogeneity of the anode and the densification of the electrolyte was performed. A maximum power density of 160mW.cm-2 was obtained by optimizing the working conditions of the cells (temperature and CH4/O2 ratio).Cette étude est consacrée au développement d’une pile à combustible à oxyde solide (SOFC) de type monochambre. Contrairement à une pile SOFC conventionnelle, le système monochambre fonctionne dans un mélange de gaz hydrocarbure/air ce qui permet de s’affranchir des contraintes d’étanchéités. Le principe de fonctionnement est basé sur la différence d’activité catalytique entre l’anode et la cathode : l’anode doit être sélective à l’oxydation des hydrocarbures et la cathode à la réduction de l’oxygène. La configuration monochambre implique cependant de nouvelles contraintes concernant notamment la stabilité des matériaux sous mélange hydrocarbure/air à haute température.L’objectif de cette thèse est d’optimiser les performances d’une pile monochambre fonctionnant sous mélange méthane/oxygène et d’améliorer la compréhension de ce système.Les différents éléments d’une pile (électrolyte, cathode, anode) ont été caractérisés sous mélange méthane/oxygène. Quatre matériaux de cathodes (LSM, BSCF, SSC, LSCF) ont été comparés au niveau de leur activité catalytique, stabilité, conductivité électrique et résistance de polarisation. Une étude catalytique de l’anode a été réalisée afin d’identifier les réactions chimiques qui se produisent. Une étude de pile complète en géométrie électrolyte support a permis de sélectionner le matériau de cathode LSCF. Cette étude a également mis en évidence la nécessité de diminuer l’épaisseur de l’électrolyte, la géométrie anode support a donc été étudiée. La première pile anode support a présentée une anode inhomogène et un électrolyte poreux. Des travaux ont été menés afin d’homogénéiser l’anode et de diminuer la porosité de l’électrolyte. En optimisant les conditions de fonctionnement (température et rapport CH4/O2), une densité de puissance maximale de 160 mW.cm-2 a été obtenue

Development of anode supported Single Chamber Solid Oxide Fuel Cells running in air/methane mixture

International audienceSingle Chamber Solid Oxide Fuel Cells (SCFC) show a growing interest and are the concern of more and more papers. In such device, anode and cathode are ex-posed to a gas mixture of fuel (hydrocarbon) and oxidant (air) so that no more sealing with electrolyte is necessary. Their operating principle is based on the different catalytic activities of anode and cathode: Ideally, the anode has to be active for the oxidation of fuel while the cathode should present only a strong electro-activity for oxygen reduction. In this paper, we present the development of an anode supported SCFC device running in air/methane mixture characterized by their volume ratio, Rmix = CH4/O2

<i>In situ</i> reduction and evaluation of anode supported single chamber solid oxide fuel cells

International audienceSingle chamber anode-supported fuel cells are investigated under several methane-oxygen-nitrogen atmospheres at intermediate temperatures (500°C-700°C). Ce0.9Gd0.1O1.95 (CGO) is chosen as electrolyte and deposited by screen-printing onto NiO-CGO anode pellets. A cathode composed of 70 wt% La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−δ (LSCF) and 30 wt% of CGO is screen-printed onto the electrolyte. Thermogravimetric analyses of anode reduction are performed at 700 °C. Carbon deposition is observed under diluted methane but a successful reduction is obtained after an initialization under diluted methane followed by a final treatment under methane-to-oxygen ratio (Rmix) of 2. Anode-supported fuel cells are investigated regarding the working temperature and Rmix. Two types of cells are prepared with modifications of the electrolyte microstructure. For both cells tested, the Open Circuit Voltage (OCV), the power density and the fuel utilization increase when Rmix and temperature decrease. The electrolytes of both cells have a porous microstructure and the electrolyte of the second cell, with the highest thickness, brings better performances. At 600 °C for Rmix = 0.6, the maximum power density is improved from 60 for the first cell to 160 mW cm−2 for the second cell. Comparing the fuel utilization, it increases from 3% for the first cell to 6% for the second one for the same testing conditions

An all porous solid oxide fuel cell (SOFC): a bridging technology between dual and single chamber SOFCs

International audienceA novel concept that employs dual chamber SOFC technology with a porous electrolyte, which allows the controlled distribution of gaseous O2 at the anode side, was successfully designed using an all porous structure. The oxidative reforming of hydrocarbon streams can consequently operate in a similar fashion to single chamber SOFCs, but within a safer, better controlled proces