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Study of NaF–AlF 3 melts by coupling molecular dynamics, density functional theory, and NMR measurements

Authors :
Vincent Sarou-Kanian
Mario Burbano
Mathieu Salanne
Catherine Bessada
Sylvian Cadars
Kelly Machado
Didier Zanghi
Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI)
Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E)
Aix Marseille Université (AMU)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Nantes Université (Nantes Univ)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Université de Montpellier (UM)
Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST)
Nantes Université - pôle Sciences et technologie
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (Nantes Univ - EPUN)
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)
Maison de la Simulation (MDLS)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX (PHENIX)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR-13-RMNP-0012,MIMINELA,Mécanismes Interfaciaux et Matériaux d'anodes INertes pour l'Electrolyse de l'Aluminium(2013)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Source :
Journal of Physical Chemistry C, Journal of Physical Chemistry C, 2017, 121 (19), pp.10289-10297. ⟨10.1021/acs.jpcc.7b01530⟩, Journal of Physical Chemistry C, American Chemical Society, 2017, 121 (19), pp.10289-10297. ⟨10.1021/acs.jpcc.7b01530⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

International audience; Improvement of the industrial electrolytic process for aluminum production necessitates a thorough understanding of the underlying ionic structure of the electrolyte, which mainly comprises NaF and AlF3 at around 965 °C. The chemical and physical properties of this melt strongly depend on the aluminum speciation, which requires a multipronged approach in order to clarify its properties. Here we parametrize a new polarizable ion model (PIM) interatomic potential for the molten NaF−AlF3 system, which is used to study the liquid properties up to 50 mol % of AlF$_3$ at high temperatures. The potential parameters are obtained by force fitting to density functional theory (DFT) reference data. Molecular dynamics (MD) simulations are combined with further DFT calculations to determine NMR chemical shifts for $^{27}$Al, $^{23}$Na, and $^{19}$F. An excellent agreement is obtained with experimental values. This enables the study of the dynamic properties of the melts such as viscosity, electrical conductivity, and self-diffusion coefficient.

Details

Language :
English
ISSN :
19327447 and 19327455
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Physical Chemistry C, Journal of Physical Chemistry C, 2017, 121 (19), pp.10289-10297. ⟨10.1021/acs.jpcc.7b01530⟩, Journal of Physical Chemistry C, American Chemical Society, 2017, 121 (19), pp.10289-10297. ⟨10.1021/acs.jpcc.7b01530⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....772d6b28822ad913bb4c8a61ec77c255
Full Text :
https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b01530⟩