WorldCat Identities

Laboratoire d'Innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble)

Overview
Works: 106 works in 109 publications in 2 languages and 179 library holdings
Roles: Other
Publication Timeline
.
Most widely held works by Laboratoire d'Innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble)
Étude de la rhéologie de poudres de bois en vue de leur valorisation énergétique by Florent Thevenon( )

2 editions published in 2021 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

La biomasse peut être valorisée en énergie via de nombreux procédés. En particulier, la gazéification est un procédé de conversion thermochimique de la biomasse en un gaz de synthèse qui peut être ensuite transformé en biocarburants. La gazéification en réacteur à flux entraîné impose de broyer finement la ressource (quelques centaines de microns) afin d'assurer sa conversion totale dans le réacteur. Cependant, les poudres de biomasse sont composées de particules fines et allongées, ce qui induit une cohésion importante. Il en résulte des problèmes récurrents lors des opérations de stockage, de convoyage et d'injection de la matière. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à étudier la rhéologie des poudres de bois. L'approche expérimentale suivie est menée de l'échelle de la particule à l'échelle pilote. La première partie de la thèse présente l'étude de plusieurs chaines de préparation de poudres de bois à l'échelle pilote. Elles incluent soit une étape de torréfaction à 250 °C, soit un broyage additionnel à l'aide d'un broyeur vibrant. Le coût énergétique de production des poudres et leur coulabilité, mesurée à l'échelle laboratoire, sont comparés. Bien que la torréfaction réduise l'énergie nécessaire au broyage, le coût énergétique total de la chaîne incluant la torréfaction est très élevé par rapport à celui de la chaîne employant le broyeur vibrant. Cela est principalement dû au traitement des gaz de torréfaction dans la postcombustion. La valorisation de l'énergie des gaz de postcombustion dans les étapes de séchage et de torréfaction diminue de moitié les besoins en énergie et d'un quart les besoins en matière première. La torréfaction douce diminue d'un facteur deux le diamètre médian des particules mais ne modifie par leur forme. Le broyage dans le broyeur vibrant améliore la circularité des particules. Enfin, ces deux traitements améliorent significativement la coulabilité de la poudre dans des proportions similaires. Dans une deuxième partie de la thèse, la relaxation sous contrainte des poudres de bois est étudiée à l'échelle laboratoire avec une grande et une petite cellule de cisaillement. La lente relaxation de l'échantillon est interrompue par des variations soudaines et conséquentes, expliquées par un réarrangement collectif de grains. Ce phénomène est observé uniquement dans la plus grande cellule. Les réarrangements importants du milieu sont relativement indépendants de la contrainte normale appliquée et apparaissent à déformation constante du lit. L'amplitude de ces réarrangements ainsi que la déformation du lit entre deux réarrangements augmentent avec la taille des grosses particules. La présence des réarrangements est plus importante lorsque la porosité initiale du lit est élevée. La dernière partie de la thèse étudie l'injection de poudres de bois avec une vis sans fin à échelle pilote. Les essais sont réalisés en grande partie à pression atmosphérique. L'influence de la morphologie des particules sur l'énergie requise par la vis d'injection et sur le débit massique de poudre est mise en évidence. L'injection de particules grossières et allongées nécessite plus d'énergie que celle de particules fines et sphériques. Le remplissage de la vis est d'autant plus important que la distribution granulométrique est étendue. La longueur de cohésion est le rapport des forces de cohésion sur la force de pesanteur. Cet indicateur prédit correctement la capacité des poudres étudiées à s'écouler sans former de voûte. Enfin, une poudre de bois torréfiée est gazéifiée avec succès dans un réacteur à flux entraîné pilote sous une pression de 7 bars, à un débit d'entrée de 15 kg/h
Fabrication et caractérisation de cellules photovoltaïques à base de phosphure de gallium sur silicium by Médéric Descazeaux( )

1 edition published in 2017 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Dans le cadre de la transition énergique, le déploiement de sources d'énergies ne produisant pas de gaz à effet de serre devient primordial. Bénéficiant de la surabondante énergie fournie par le Soleil, le photovoltaïque est un des éléments-clés du bouquet énergétique du futur. Le marché du photovoltaïque est actuellement dominé par les technologies à base de silicium et les meilleurs rendements de conversion dépassent les 26% avec la technologie de cellules à hétérojonction de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) sur silicium monocristallin (c-Si).Le silicium amorphe hydrogéné, déposé par PECVD, permet d'obtenir une excellente passivation de la surface du substrat de silicium cristallin, et ainsi d'obtenir des tensions de circuit ouvert au-delà de 730 mV. Cependant l'a-Si:H montre une absorption parasite des photons ultraviolets, et sa faible conductivité limite la longueur de diffusion des porteurs de charge générés en son sein, limitant la performance électrique et aussi leur contribution au courant de la cellule.Pour augmenter le rendement de cette technologie, nous proposons de fabriquer et de caractériser une nouvelle structure de cellules photovoltaïques à base d'hétérojonction de phosphure de gallium (GaP) sur c-Si, déposé par dépôt en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD). Matériau III-V, cristallin, et à énergie de bande interdite élevée (2.26 eV contre 1.6-1.9 eV pour l'a-Si:H et 1.12 eV pour le c-Si), le GaP permettrait une croissance par épitaxie sur le c-Si, une meilleure transparence face à l'a-Si:H, ainsi qu'une passivation par effet de champ repoussant les trous, porteurs de charge positive, loin de l'interface GaP/Si. Les améliorations des caractéristiques courant-tension de telles cellules avec seulement 10 nm de GaP ont précédemment montré, par simulation, une amélioration des rendements de 2% en absolu.Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié expérimentalement l'effet du dépôt de GaP sur le c-Si. Nous avons mis en évidence une dégradation de la durée de vie des porteurs dans le c-Si lors d'une étape de préparation de surface pour améliorer l'épitaxie du GaP, qui favoriserait la diffusion de contaminants issus de la chambre de dépôts III-V dans le substrat. Cette étape pourrait être retirée, mais elle est nécessaire pour limiter l'émergence de domaines d'antiphase, défauts cristallins liés à la nature polaire des liaisons Ga-P qui limitent aussi la durée de vie des porteurs. De plus, la durée de vie à l'interface GaP/Si est demeure inférieure à 150 µs, malgré l'hypothétique passivation par effet de champ et sans défauts cristallins.Se basant sur ces découvertes, nous avons cherché à comprendre et améliorer la passivation de l'interface GaP/Si. Des techniques d'analyses avancées ont montré la présence de traces de carbone et d'arsenic dans le GaP, accompagné de fluor à l'interface, ainsi qu'une oxydation du GaP post-épitaxie. Différentes couches de mouillage ont été testées, permettant de corréler la rugosité, la défectuosité du GaP à la durée de vie des porteurs.D'autre part, l'intégration d'étapes de décontamination du substrat (gettering) a permis avec succès de restaurer la durée de vie volumique des charges tout en maintenant le recuit de reconstruction de surface dans le procédé de fabrication. Ces étapes ont été optimisées pour minimiser leur impact sur la couche de GaP. Un cellule avec GaP déposé sans pré-recuit atteint 11.2% tandis qu'en reléguant le GaP à une couche fenêtre, une cellule GaP/(n+)c-Si/(p)c-Si a montré un rendement amélioré à 13.8% avec le recuit et les étapes de gettering.Ce travail s'appuie sur l'expertise du CEA-INES en cellules solaires à hétérojonctions et du CNRS-LTM en épitaxie et caractérisation des matériaux III/V
Analyse de la microstructure des matériaux actifs d'électrode positive de batteries Lithium-ion by Pierre-Etienne Cabelguen( )

1 edition published in 2016 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Ce travail de thèse se base sur quatre matériaux modèles, de composition LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, qui différent de par leur microstructure. Le lien entre leur morphologie et les performances électrochimiques est étudié par la combinaison de la caractérisation exhaustive de leur microstructure, l'étude de leur comportement en batterie et la modélisation de leur réponse électrochimique. L'étape limitant le processus électrochimique est identifiée par voltampérométrie cyclique et nous montrons que la transition attendue d'une limitation par le transfert de charge à une limitation par la diffusion en phase solide a lieu à différents régimes selon la microstructure. Ce comportement est expliqué par l'utilisation d'outils de simulations numériques. Selon leur forme et leur agglomération, les cristallites agissent collectivement ou indépendamment les unes des autres. Ces résultats rationalisent les performances en puissance obtenues sur nos matériaux. Les résultats de simulation montrent également qu'une faible fraction de la surface développée est électroactive, ce qui remet en question la large utilisation de la surface BET dans la littérature. Nous montrons également que, si les matériaux poreux sont les plus performants en puissance gravimétrique, la tendance est inversée pour la puissance volumique. Les stratégies de nanostructuration largement employées, qui se basent sur la capacité spécifique pour caractériser les matériaux, ne doivent pas oublier faire oublier le compromis nécessaire entre surface développée et volume
Amélioration des performances des cellules solaires à base de Kesterite by Md Abdul Aziz Suzon( )

1 edition published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The goal of this work is to study and to develop routes toward efficiency improvement of Kesterite based solar cells. The first part of the manuscript deals with the development of a baseline process: formation mechanism of the absorber is studied according to the growth condition for both Cu2ZnSnS4 (pure sulfur absorber CZTS) and Cu2ZnSnSe4 (pure selenium absorber CZTSe) compounds. Two-step sequential process is used for synthesizing Kesterite material. The first step consists in the sputtering deposition of pure metallic precursors (elemental Cu, Zn, and Sn) and the second step consists in the annealing of precursors under selenium (for CZTSe in a semi-open reactor) or sulfur (for CZTS in an open reactor). In the case of CZTSe based solar cell, a maximum power conversion efficiency of 7.6% has been obtained using a two-step temperature profile and a closed susceptor. The best performance for a CZTS based device is 5.9%, this result has been obtained by optimizing the process temperature and sulfur vapor pressure: the higher sulfur vapor pressure the better device performance.Incorporation of Na (Sodium) and Sb (Antimony) in the pure sulfur Kesterite absorber has been tested as a first strategy to enhance performances of CZTS devices. Incorporation of Sb does not show any improvement in terms of material or device properties, whereas improved morphology is obtained by co-doping with Na and Sb. However, this improvement is not related to any effect on device properties. Thus, using Sb proved to be not beneficial for the CZTS-based solar cell. On the other hand, intentional contamination with Na is found to be beneficial particularly in terms of open circuit voltage. As a result, the device power conversion efficiency with optimized Na content is doubled (> 4.5%) compared to the reference sample without Na.The second study to increase efficiencies in Kesterite solar cells deals with the introduction of chalcogen (S/Se) gradients as the function of depth in the absorber. The aim is to obtain bandgap gradients in order to increase carrier collection length as well as decrease carrier recombination. For this purpose, two processes are developed to realize only simple grading (front or back surface gradients) which consist of sequential annealing stages (sulfurization/selenization) of precursor stacks. To obtain a front surface gradient, a sulfurization step at various temperatures and for different duration has been tested after a standard selenization process. A higher sulfurization temperature shows a higher degree of grading. A pure sulfur-based defect layer is also formed during this process, which can be removed using an HCl etching. A maximum efficiency of 3.5% is achieved with a CZTS-based device using this synthesis process. To realize back grading, variable temperature sulfurization annealing prior to a standard selenization process has been used. At a low temperature of sulfurization, good absorber morphologies are obtained but without the evidence of chalcogen gradient while using higher sulfurization temperature leads to graded absorbers but with poor morphology. Thus, the routes and limitations to realize kesterite absorber with gradient are proposed
Étude, réalisation et caractérisation de dopages par implantation ionique pour une application aux cellules solaires en silicium by Adeline Lanterne( )

1 edition published in 2014 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This study aims at investigating the use of ion implantation doping for the realization of emitters and back surface fields of silicon solar cells. The benefits of using ion implantation instead of high temperature gaseous diffusion are the possibility to precisely control the dopant concentration profiles as well as to simplify the solar cells fabrication process. Beam line ion implantation and plasma immersion ion implantation techniques have been used and compared during this work. Phosphorus, boron and arsenic have been implanted and activated by thermal annealing to form the various doping layers. The influences of the annealing temperature, of the implantation doses and of the passivation layers on the junction electrical quality have been studied. Low emitter saturation current densities were reached for each dopant. The implanted doped regions were then integrated in p-type silicon solar cell structure (including a phosphorus doped emitter) and in n-type PERT bifacial solar cell structure (including a boron doped emitter and a phosphorus doped back surface field). With the use of ion implantation, efficiency of 19,1 % was reached for the p-type solar cells corresponding to an overall gain of 0,6 %abs as compared to the gaseous diffusion doping, while 20,2 % of efficiency were measured on the n-type bifacial silicon solar cells
Influence des incertitudes sur l'optimisation technico-économique de systèmes énergétiques hybrides by Amélia Nadal( )

1 edition published in 2019 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The environmental challenges and concerns about energy independence require imagining an evolution of our centralized energy production exploiting fossil resources towards a decentralized model, using the renewable resources and their synergies. The consequent choices and investments are made in an uncertain technical-economic context. The thesis accounts for uncertainties in the robust design of hybrid energy systems, in order to improve this decision-making. The considered uncertainties are technical and economic parameters of the system components and the time variable profiles that are needed for the system simulation, like energy consumption, weather or market conditions.Two approaches are proposed and tested on an illustrative case, modeled, simulated and evaluated with the software Odyssey (developed in CEA). This case represents a remote micro-grid, composed of an electrical load, a photovoltaic production and a hybrid storage, battery and hydrogen chain (electrolyser, storage and fuel cell). The software Odyssey is interfaced with the uncertainty treatment platform Uranie, which is also developed by the CEA. The first approach, sensitivity analysis approach, aims to quantify the impact of uncertainties on the performance indicators of the system, for a specific design, thanks to uncertainty propagation. In the illustrative case study, the performance indicators are the load satisfaction and the cost of the produced energy. The approach also permits, thanks to global sensitivity analysis to identify the most influential uncertainties on the variability of the performance indicators of the system. This permits to focus on the priorities in the understanding of a system, in order to improve its robustness. One of the challenges of this approach is the simultaneous consideration of the uncertainties linked to static parameters and time variables to take into account their aleatory and epistemic nature.The complementary proposed approach is the multi-objective stochastic optimization. It consists in optimizing the energy system taking into account the uncertainties directly in the optimization process. This approach was realized with the definition of an optimization criterion including performance and variability of the performance. It enables a more robust design, without reducing the uncertainty of the input parameters. The optimization of the fixed parameters of the logical control rules in Odyssey is an other way to improve the system performances towards uncertainties.These two approaches bring complementary points of view of the uncertainty impact in the technical-economic optimization of hybrid energy systems and its possible treatment. Their application leads to develop some take-away. First, accounting for uncertainties seems unavoidable to us in the evaluation of hybrid energy systems. What's more, the rigorous quantification of uncertainty sources is a central step in the uncertainty consideration, whatever the applied approach. Last, this work proposes a set of methods, from the simplest and quickest to the most expensive in computational resources, permitting to the user to evaluate the technical-economic implications of the taking into account for the uncertainties and their impact on the decision-making
Durabilité des convertisseurs électrochimiques haute température à oxydes solides : une étude expérimentale et de modélisation basée sur la caractérisation au synchrotron par nanotomographie des rayons X by Maxime Hubert( )

1 edition published in 2017 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This work aims at a better understanding of the high temperature Solid Oxide Cells degradation. An approach based on electrochemical tests, advanced post-test characterizations and multi-scale models has been used to investigate the links between the performances, the electrodes microstructure and their degradation. In that goal, long-term durability tests have been performed over thousand hours in different operating conditions. Electrode microstructures have been reconstructed by X-ray nano-holotomography for the pristine and the aged cells. It is worth noting that a special attention has been paid to improve both the process reliability for the tomographic experiments as well as the spatial resolution of the 3D reconstructed images. Thanks to the valuable 3D volumes, the Ni-YSZ microstructural properties of the H2 electrode have been quantified for the fresh and the aged samples. Then, a physically-based model for Nickel particle agglomeration has been adjusted on the microstructural parameters obtained by the 3D analysis and implemented in an in-house multi-scale modelling framework. Beforehand, it has been necessary to enrich the available numerical tool with a specific module dedicated to the oxygen electrode made in Mixed Ionic Electronic Conducting materials. Once validated on polarisation curves, the completed model has been used to quantify the contribution of Nickel agglomeration on the experimental degradation rates recorded in fuel cell and electrolysis modes
Accumulateurs hautes performances de type plomb-étanche-AGM avec collecteurs de courant à base de titane et de carbone flexibles by Jérémy Lannelongue( )

1 edition published in 2017 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The aim of this work is to present and proof new concept of high performance lead-acid cells using new thin-plate electrodes. The new approach allows increasing the energy density and the specific power of the battery without a penalty for its cycle and calendar lifetime. Flexible carbon support electroplated with lead and thin surface-modified titanium mesh/foil are used as current collectors. Parameters like electric resistance and active materials utilization have been evaluated successfully in long-term laboratory tests (deep-cycling, micro-cycling, cyclic voltammetry, impedance spectroscopy) using small-scale compressed lead-acid and lead-carbon cells with absorptive glass mat (AGM) separators. The thickness, the porosity and the expander loading are the key parameters which influence the evolution of the negative active material utilization. It has been found that the process of reversible hydrogen storage within the activated carbon used as main dopant of the negative plate competes with the Pb/PbSO4 electrode inhibiting its operation at carbon loading higher than 9.3 %m. The use of SnO2 coated titanium as positive current collector eliminates completely the appearance of corrosion-related battery failure. Multiphysics modeling based on these data will allow fitting to all the battery applications (power, energy)
Amélioration du procédé LBM par nanostructuration de poudres d'aluminium by Nicolas Tissot( Book )

2 editions published in 2019 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Laser powder bed fusion process (LPBF) offers many advantages for industrials compared to conventional processes: complex shapes, structural lightening, faster prototyping, etc. Unlike other metals already industrially qualified, aluminium alloys still face several difficulties with this process: high optical reflectivity, significant thermical conductivity, crack phenomenon or porosity due to the presence of unmelted alumina. Studies carried out during the thesis focused on improving optical properties of aluminium powders. For this purpose, two strategies were studied. The first is the development of a silicon coating in order to create interferential phenomena to maximize the optical absorption for a specific wavelength (1 064 nm). Model-based work using Mie theory has identified the interest in deposing a silicon coating of 215 nm on the surface of aluminium particles reducing the reflectivity from 96 % to 75 %. The second strategy is the increase of the roughness of aluminium powder with nanoparticles deposit on the surface. The process used is electroless to deposit copper on the powder. The objective here, in addition to a better optical absorption, is the in situ formation of a new Al-Cu alloy during the process. After copper deposition (4 %wt), the absorption of the powder at 1 064 nm is improved by 70 %. Finally, laser melting tests of the AlSi12 powder coated by 4 %wt of copper were performed to evaluate the impact of the coating on the energy density to print dense parts. Results showed a reduction of the necessary energy density with respect to literature data for other Al-Cu alloys. However, due to differences in stoechiometry, such an improvement cannot be unambiguously assigned to a better optical absorption
Optimisation des performances et de la robustesse d'un électrolyseur à hautes températures by François Usseglio-Viretta( )

1 edition published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

La réponse thermique, électrochimique et mécanique d'un électrolyseur de la vapeur d'eau à haute température (EVHT) a été analysée dans ce travail. Pour ce faire, une approche de modélisation multi-physique et multi-échelle a été employée : • Un modèle local, à l'échelle de la microstructure des électrodes, a été utilisé pour analyser le comportement électrochimique apparent des électrodes de la cellule d'électrolyse étudiée. Le fonctionnement du système au sein d'un empilement de plusieurs cellules a ensuite été analysé grâce à un modèle thermoélectrochimique à l'échelle macroscopique de l'EVHT. Un élément de validation expérimentale du modèle accompagne les résultats. • Un modèle thermomécanique pour le calcul de l'état de contrainte de l'EVHT a été développé. Celui-ci tient compte des phénomènes physiques intrinsèques à la cellule et à son fonctionnement sous courant à hautes températures et à ceux imputables aux interactions mécaniques entre la cellule et son environnement. Les données manquantes nécessaires à l'exécution des modèles ont été obtenues par la caractérisation et par des calculs d'homogénéisation de la microstructure tridimensionnelle des électrodes. Par ailleurs le comportement viscoplastique du matériau de la cathode a été mis évidence par des essais de fluage en flexion quatre points. L'étude a permis de définir un domaine de fonctionnement optimal garantissant des performances électrochimiques élevées avec des niveaux de température acceptables. Des propositions visant à réduire l'endommagement mécanique du système ont également été produites
Analyse statistique de données issues de batteries en usage réel sur des véhicules électriques, pour la compréhension, l'estimation et la gestion des phénomènes de vieillissement by Anthony Barré( )

1 edition published in 2014 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Le marché des véhicules électriques connait actuellement un développement important motivé par diverses raisons. Cependant, des limites liées à leurs performances constituent des inconvénients majeurs à une croissance des ventes de plus grande importance. Les performances et durée de vie des batteries utilisées sont au cœur des préoccupations des utilisateurs. Les batteries sont sujettes à des pertes de performances au fil du temps, dus à des phénomènes complexes impliquant des interactions entre les diverses conditions de vie de celles-ci. Dans l'objectif d'améliorer la compréhension et l'estimation du vieillissement d'une batterie, ces travaux étudient des données issues d'usages réels de batteries sur des véhicules électriques. En particulier, l'étude consiste en l'adaptation d'approches statistiques fondées sur les données mesurées, mettant en évidence des interactions entre variables, ainsi que la création de méthodes d'estimation du niveau de performance de batterie uniquement basé sur les mesures obtenues. Les résultats de ces méthodologies ont permis d'illustrer l'apport d'une approche statistique, par exemple en démontrant la présence d'informations contenues dans les signaux issus de la batterie, utiles pour l'estimation de son état de santé
Frittage et évolution de la microstructure au cours des traitements thermiques d'aimants NdFeB : influence sur les propriétés magnétiques. by Brice Hugonnet( )

1 edition published in 2016 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

NdFeB hard magnets are the most powerful magnets commercially available. Their outstanding properties originate from Nd2Fe14B intrinsic properties and from the microstructure imposed by the manufacturing process. These magnets are generally obtained by liquid phase sintering of an oriented monocrystalline powder which enables a microstructure made of grain magnetically decoupled by a thin neodymium-rich layer which is optimally distributed in the magnet after a low temperature annealing. For them to be used in electrical engines and generators, dysprosium is usually added so that the coercivity is high enough at the working temperature. But dysprosium is rare and expensive and lowers the remnant induction. It is therefore important to get free of its usage by a better understanding of the links between the manufacturing process and the microstructure, so that the final magnetic properties can be optimized.First, this thesis deals with NdFeB sintering on an alloyed commercial grade. The high shrinkage anisotropy during densification is not clearly explained and its interpretation could bring information on the magnetic properties. Dilatometric studies have been performed along orientation direction as well as along the transverse direction. Sintering has been interrupted at different times and the microstructure was observed. Image analysis has enabled to understand, thanks to an analytical model, that a part of the anisotropy could be explained by an anisotropic contact orientation distribution, originating from the magnetic orientation step. Discrete element modelling has confirmed this approach.The second part of the thesis deals with the role of the most commonly used alloying elements on the magnetic properties: aluminum, cobalt and copper. Around twenty different model grades were examined with composition close to the ones of commercial magnets. After having been sintered, the samples were annealed at temperatures deduced from DSC measurements. Results show that the three elements have cross effects on coercivity. Beyond coercivity, demagnetizing curve shape is sensitive to the composition and annealing temperature and gives important information on the role of the alloying elements on the microstructure
Stockage d'énergie thermique par changement de phase - Application aux réseaux de chaleur by Matthieu Martinelli( )

1 edition published in 2016 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This study is about a shell and tubes latent heat thermal energy storage system. This system is expected to be integrated in a district heating network substation. Heat transfers inside the PCM as well as convection flow regime inside the heat transfer fluid are investigated.A first experimental study aims at demonstrating the necessity of internal insert inside the tubes in order to avoid mixed convection flow regime. Two highly finned tubes as well as two inserts are tested. Inserts are either cylindrical or helical. Better thermal performances are obtained with the helical one. Besides, it is shown that free convection, between the fins is negligible. Effective thermal conductivities are estimated with an experimental and analytical approach at 7.4 and 10.9 W/m/K for the 7 fpi and the 10 fpi tube.A second test campaign is carried out with metallic foams. The first one is stochastic and in copper while the second one is regular and in alumina. Effective thermal conductivities are around 13.4 and 39.4 W/m/K respectively. The copper foam heat exchanger is shown to be better than a copper finned tube in terms of stored energy and thermal power, whereas only half the mass of the fins is used in the foam.Eventually a CFD numerical model is experimentally validated. This model shows that free convection inside the PCM is negligible on the overall thermal performances even though it modifies the solid/liquid interface shape locally
Echangeur de chaleur obtenu par soudage-diffusion : simulation des déformées et prédiction de la tenue mécanique des interfaces. by Matthieu Maunay( )

1 edition published in 2018 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

A new concept of compact plate heat exchanger is developed for the energy conversion system performances of the ASTRID reactor. Manufacturing the complex geometry is possible by a diffusion-welding process: engraved 316L stainless steel plates are stacked and bonded during a Hot Isostatic Pressing cycle (HIP). The problematic is to get strong interfaces without deforming the channels which is harmful for the exchanger efficiency. To reach a good compromise, this thesis work will help to optimize the HIP parameters (pressure/temperature/ time).The first line of work is about the simulation of the heat exchanger deformation along manufacturing process. The influence of numerical parameters (elements size, convergence criterion) was studied to optimize the accuracy and the calculation time. Simulations have shown the importance of structure stack faults (sliding and plate ripples) in the increase of exchanger deformation. Then, a mechanical characterisation of plates was carried out to identify the constitutive equation between 20°C and 1040°C.The second line is about the interface modelling along welding and the prediction of their mechanical strength, as a whole can lead to the definition of an interface acceptability criterion. A microstructural and mechanical study has enabled to correlate the mechanical strength of a diffusion-bonded junction and its bonded area. Indeed, residual porosity disappearance is the main criterion to get good interfaces mechanical strength. However, the grain boundary migration is required to reach the rolled material properties. A void closure analytical model (Hill and Wallach) was used to estimate the bonded area of an interface according to HIP cycle parameters by modelling the contribution of (visco)plastic and diffusion (surface and boundary) mechanisms. Associated with the correlation between mechanical strength and the fraction of bonded area, it enables to propose a predictive tool for the mechanical strength of diffusion-bonded interfaces
Interactions Hydrogène-Microstructure-Propriétés Mécaniques dans les Composants en Acier Inoxydable Super Suplex by Pedro Da Silva Craidy( )

1 edition published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The increasing demand for energy requires the exploration of oil and gas at deeper water locations and on more severe conditions. These production systems have demanded the use of forged equipments made of higher strength steel grades, such as austenitic-ferritic (duplex) stainless steels. These components are more prone to exhibit loss of ductility and general mechanical performance caused by hydrogen generated e.g. by cathodic protection. Duplex stainless stainless steels components present a vast history of hydrogen damage at low temperatures, due to hydrogen derived from various sources. Even being this kind of damage fairly recurring, various related information remains to be elucidated, due to the complex interaction of hydrogen with the microstructure and localized character of hydrogen generation and transportation in the material. The present work aims to improve the physical understanding of the interaction between hydrogen and the microstructure as well as the effects of different hydrogen charging procedures on the mechanical properties of forged components made of the super duplex stainless steel grade UNS S32750.The development of such understanding involves the evaluation of the effects of hydrogen on the mechanical properties of the material through tensile tests in different hydrogen-rich environments. Based on results of slow-strain rate tensile tests, a quantitative relationship between embrittlement caused by gas hydrogen and cathodic charging is proposed, and possible effects of dislocation-assisted hydrogen transportation and embrittlement are discussed. Quantitative and qualitative descriptions of the hydrogen transportation, including analysis of the effects of different microstructures and diffusion paths, and of its position in the lattice and in the microstructure (hydrogen segregation to traps) are proposed. These descriptions are achieved considering results of different testing techniques: permeation tests, thermal desorption spectroscopy, time-of-flight secondary ion mass spectroscopy and neutron scattering
Compréhension des mécanismes de dégradation des cœurs de pile à combustible PEM en application automobile by Benjamin Decoopman( )

1 edition published in 2016 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Proton-exchange membrane fuel cells (PEMFC) are electrochemical generators producing clean energy from hydrogen. Their low operating temperature and their fast dynamic response make them ideal for transport applications, a sector responsible of 41% of the CO2 emissions worldwide. Unfortunately, degradations, which reduce their durability, limit their future development.This research work focuses on membrane-electrode assembly (MEA) degradations in automotive applications. Three topics are studied, dealing with reversible and irreversible degradations, and the interdependence between system strategies and MEA preparation.A new carbon degradation mechanism has been observed, occurring even when the fuel cell is off under humidified hydrogen or inert gas. The loss of carbon induces an irreversible degradation of the catalyst layer whereas the carbon monoxide produced by the corrosion reaction affects reversibly the performances. It turns out that air starvation is a useful tool to get rid of reversible degradations due to the cathodic and anodic catalyst contamination. Experiments have been carried out to point out the mechanisms occurring during periodical air starvations as well as their impact on durability. In order to control the power of the fuel cell by air flow, the effects of permanent air starvation have finally been researched in potentiostatic and potentiodynamic modes. The introduction of a recirculation loop within the cathodic compartment enables the homogenization of the flow and the polarization of the cells
Croissance et caractérisation de super-réseaux de boites quantiques à base de siliciures métalliques et SiGe pour des applications thermoélectriques by Sergio Silveira Stein( )

1 edition published in 2014 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The recent theoretical and technological advances based on nanotechnology have provided new interest on energy harvesting based on thermoelectricity. For thin film devices, applications such as micro powering and local cooling for microelectronic components can be expected. SiGe-based devices have the advantage of integration possibility thanks to microelectronics technologies and of the low toxicity of SiGe compared to materials tradionally employed for thermoelectric devices such as Bi and Te. SiGe-based devices have not yet been employed in large scale mostly due to its low efficiency at room temperature. In this thesis, the production of quantum dot superlattices (QDSL) based on the inclusion of Ti and Mo silicides quantum dots in a SiGe matrix was chosen as a method to improve the material's thermoelectric properties. In order to accomplish this, an industrial CVD tool was modified to allow the employ of solid and liquid precursors. Different QDSL were produced, with different dopants, crystallinity and inclusions. The thermoelectric properties of the obtained materials were measured and the improvement of the material's thermoelectric performance after the inclusion of nanometric particles was demonstrated
Modélisation multi-physiques des arrêts-démarrages de PEMFC et étude sur la dégradation du support carbone : stratégies de mitigation et optimisation de design by Bolahaga Randrianarizafy( )

1 edition published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Afin de rendre les piles à combustible à membrane échangeuse de protons viables économiquement dans le domaine automobile, des problèmes de durabilité et de coût sont à résoudre. La compréhension et le contrôle des dégradations à l'intérieur de la cellule et surtout de l'AME sont toujours le centre d'intérêt de nombreux laboratoires mais aussi d'industriels. Les milliers d'arrêt-démarrages subis par la pile provoquent une importante corrosion du support carbone. Le platine utilisé étant un catalyseur onéreux, la modélisation numérique permet l'analyse de phénomènes à moindre coût.Dans ces travaux, deux modèles ont été développés afin de modéliser les phases transitoires que sont les arrêt-démarrages. Tout d'abord, une étude sur les performances de la pile a été effectuée en utilisant le modèle. Le couplage entre les modèles le long du canal et dent/canal est introduit. Ensuite, une analyse des phénomènes se déroulant durant les arrêt-démarrages est effectuée. Des phases temporelles sont proposées afin de découper ces différents phénomènes. Le mécanisme des courants inverses (durant lequel la corrosion du carbone apparaît) est minutieusement détaillé avec l'aide du modèle. L'accent est porté sur les hétérogéneités de dégradations apparaissant entre l'entrée et la sortie mais aussi entre le canal et la dent. Enfin, le modèle est utilisé afin de simuler et proposer des stratégies de mitigations. Les tendances attendues par la littérature sont confirmées mais aussi évaluées. Parmi les idées suggerées, l'optimisation du design dent/canal tout au long du canal est proposée afin de limiter les dégradations
Etude Operando des accumulateurs au lithium par couplage spectroscopie à photoémission des rayons X et spectroscopie d'impédance by Jorge Eduardo Morales Ugarte( )

1 edition published in 2019 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Face aux grands défis industriels dans les domaines du stockage électrochimique de l'énergie, un effort de recherche fondamentale sur les matériaux impliqués et leurs interfaces est aujourd'hui indispensable pour un gain en performance, durabilité, sécurité.Dans ce contexte, il est primordial de comprendre les processus interfaciaux mis en jeu qui induisent la dégradation de l'interface lithium métal-électrolyte et entrainent une baisse du rendement Coulombique et favorisent la croissance dendritique.Nous proposons ainsi dans cette thèse une étude couplant des techniques électrochimiques comme la spectroscopie d'impédance avec des techniques d'analyse de surface comme la spectroscopie à photoémission des rayons X pour étudier la réactivité chimique et électrochimiques entre les électrolytes et une électrode de lithium métal.Pour ce faire, un intérêt spécifique a été porté aux électrolytes à base de liquides ioniques, qui ont été proposés comme solvants des sels de lithium, notamment pour leur faible pression de vapeur saturante qui augmente considérablement la sécurité des batteries ainsi conçues.Enfin, ce travail a été consacré en particulier au développement de montages et de mesures operando XPS afin de suivre l'évolution chimique des interfaces à l'intérieur d'une batterie en temps réel
Fabrication, caractérisation électrique et fiabilité des OTFTs imprimés sur substrat plastique by Clara Haddad( )

1 edition published in 2018 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This thesis project is about the study of stability and reliability of organic transistors printed at CEA-Liten. P-Type OTFTs were manufactured on plastic substrate, with a p-type polymer semiconductor (SP400 from Merck) and a fluoropolymer as dielectric. First, an experimental protocol for electrical characterization was determined in order to overcome potential effects due to environment, measurements or aging of OTFTs. Then a model based on the expression of the accumulation charge in the transistor was developed. This model allowed the OTFT parameters' extraction during low temperature measurements, which showed a temperature-activated charges transport in the OSC. Finally, the impact of negative gate bias stress on OTFTs' characteristics was studied. The electrical stability of the P-OTFTs was measured on several stacks to study the influence of the dielectric material or its deposition method and the influence of the gate (printed silver ink or sputtered gold electrode)
 
moreShow More Titles
fewerShow Fewer Titles
Audience Level
0
Audience Level
1
  General Special  
Audience level: 0.00 (from 0.00 for Echangeur ... to 0.00 for Echangeur ...)

Alternative Names
CEA/DRT/Liten

CEA/LITEN

CEA-Tech/LITEN

Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux research center (energy)

Laboratoire d'Innovation pour les technologies des énergies nouvelles (Grenoble)

LITEN

Languages
French (15)

English (7)