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Thèse Année : 2023

Development of a microfluidic redox flow battery

Développement d'une batterie redox flow à puce microfluidique

Youssef Kharchouf
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1392826
  • IdRef : 276586123

Résumé

This thesis project integrates the two fields of microfluidic redox flow batteries and computation modelling. The first axis of research continues the investigation of the usability of Ionic Liquids as supporting electrolytes for microfluidic redox flow batteries due to their attractive properties that make them good candidates for energy conversion technologies. The flow-through cell architecture that has shown high performances in aqueous redox flow batteries is adapted for use in a non-aqueous battery. While the viscosity of the IL allows for the fabrication of a relatively large cell while retaining the colaminar interface to prevent crossover. The second axis of research is the development of a Lattice Boltzmann based model. This numerical model is used to solve the Navier-Stokes equations for fluid flow, the convection diffusion equation for mass transport, as well as coupling with Butler-Volmer reaction kinetics. The model is validated with flow and transport problems with well-known analytical solutions. However, for the sake of including porous electrodes, a stochastic method for the generation of synthetic porous media for use with this model is also presented and the effects of the porosity and on the current across a porous electrode is studied using this model.
Ce projet de thèse intègre les deux domaines des batteries à flux redox microfluidiques et de la modélisation numérique. Le premier axe de recherche poursuit l'examination de l'utilisabilité des Liquides Ioniques en tant qu'électrolytes supports pour les batteries redox flow microfluidiques en raison de leurs propriétés attractives qui en font de bons candidats pour les technologies de stockage d'énergie. L'architecture de la cellule "flow-through", qui a montré de bonnes performances dans les batteries redox flow aqueuses, est adaptée pour un système non aqueux. En effet, la viscosité du Liquide Ionique permet la fabrication d'une cellule d'une taille relativement grande tout en conservant l'interface colaminaire qui permet d'éviter le mélange des réactifs. Le deuxième axe de recherche dans ce projet est le développement d'un modèle basé sur la méthode Lattice Boltzmann. Ce modèle numérique est utilisé pour résoudre les équations de Navier-Stokes pour l'écoulement des fluides, l'équation de convection-diffusion pour le transport de masse, ainsi que pour le couplage avec la cinétiques de Butler-Volmer. Le modèle est validé avec des problèmes d'écoulement et de transport ayant des solutions analytiques bien connues. Cependant, dans le but d'inclure des électrodes poreuses, une méthode stochastique pour la génération de milieux poreux synthétiques est également présentée, et les effets de la porosité sur le courant à travers une électrode poreuse sont étudiés en utilisant ce modèle.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04614271 , version 1 (17-06-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04614271 , version 1

Citer

Youssef Kharchouf. Development of a microfluidic redox flow battery. Theoretical and/or physical chemistry. Sorbonne Université; Université Abdelmalek Essaâdi (Tétouan, Maroc), 2023. English. ⟨NNT : 2023SORUS651⟩. ⟨tel-04614271⟩
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