Conducteurs mixtes nanostructurés pour les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) : élaboration et performances de nouvelles architectures
Résumé
The reduction of the working temperature of solid oxide fuel cells, from around 1000°C to less that 700°C, is one of the best ways to decrease the fabrication costs and to increase significantly their lifetime. Nevertheless, lower operating temperature causes an increase in the electrode and electrolyte resistances; thus, the overall power output of the cell decreases. Our study is focused on the search of new materials and new architectures for SOFC. Half-cell of cathode/electrolyte with interfacial thin layers of YSZ, LSM and La2NiO4 were developed on YSZ dense substrates by different techniques (ALD, PVD and dip-coating). Several techniques were used to characterize the physico-chemical properties of these half-cells (scanning electron microscopy, X-ray diffraction); their electrical properties were studied by impedance spectroscopy. Another study was carried out on the ALD elaboration and the physico-chemical and electrical characterizations of thin layers of India-doped zirconia (IDZ) with a composition gradient, allowing to pass from an ionic conductor to an electronic one. The last part of this work was dedicated to a new GDC-carbonate electrolyte; the study of its electrical properties and ageing shows particularly promising results.
La réduction de la température de fonctionnement des piles à combustible à oxyde solide, de 1000°C à moins de 700°C, est la meilleure solution pour en diminuer les coûts de fabrication et augmenter la durée de vie. Néanmoins, l'abaissement de la température de fonctionnement s'accompagne d'une chute ohmique au sein de l'électrolyte et une augmentation des surtensions aux électrodes entraînant une diminution des performances de la pile. Dans cette optique, notre étude est centrée sur la recherche de nouveaux matériaux et de nouvelles architectures pour les piles SOFC. Des demi-cellules cathode/électrolyte avec des couches minces interfaciales de YSZ, LSM et La2NiO4 ont été élaborées sur des substrats denses de YSZ par différentes techniques (ALD, PVD et sol-gel). Ces demi-cellules ont été caractérisées par plusieurs techniques physico-chimiques (microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X) ; leurs propriétés électriques ont été étudiées par spectroscopie d'impédance. Une deuxième étude a été menée sur l'élaboration par ALD et les caractérisations physico-chimiques et électriques de couche minces d'oxyde zirconium dopé à l'oxyde d'indium (IDZ) présentant un gradient de composition, permettant de passer d'une conduction ionique à une conduction électronique. La dernière partie de ce travail a été dédiée à un nouveau matériau composite d'électrolyte, GDC-carbonates, dont l'étude des propriétés électriques et de vieillissement a montré des résultats encourageants.
Loading...