Stabilité, réactivité et performances de conducteurs par ions oxyde de la famille LAMOX comme éléments de cœur de pile à combustible SOFC mono-chambre
Auteur / Autrice : | Julien Jacquens |
Direction : | Philippe Lacorre, Jean-Paul Viricelle, Gwenaël Corbel |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie |
Date : | Soutenance en 2010 |
Etablissement(s) : | Le Mans |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire des oxydes et fluorures (Le Mans) |
autre partenaire : Université du Maine. UFR de sciences exactes et naturelles (Le Mans) |
Mots clés
Résumé
Les composés de la famille LAMOX, dérivés de La2Mo2O9, sont de bons conducteurs ioniques par ions oxyde sous air mais peuvent être réduits sous atmosphère pauvre en oxygène. Mes travaux ont consisté à démontrer la faisabilité de leur utilisation en tant qu’électrolyte de pile à combustible à oxydes solides (SOFC) en configuration monochambre (moins réductrice). La première partie des résultats traite de la stabilité et des propriétés catalytiques des matériaux LAMOX et d’électrodes sous atmosphère propane:air (proche des conditions de pile monochambre). La stabilité des poudres LAMOX a été démontrée après 72h à 600°C. La2Mo2O9 (LM) peut en outre présenter une activité catalytique oxydative intéressante en vue d’une utilisation sous forme de cermet Ni:LM. Sous atmosphère plus pauvre en oxygène (dihydrogène dilué), des mesures électriques ont montré que la réduction des composés LAMOX semble être optimisable afin de réaliser des électrodes conductrices mixtes ioniques/électroniques (MIEC). Une deuxième partie traite de la compatibilité des interfaces électrolyte/électrodes. Des tests de compatibilité, chimique et mécanique, nous ont conduit à privilégier l’utilisation de nouveaux matériaux de cathode, La0,85Ca0,15FeO3-δ et La0,75Ca0,25Co0,8Fe0,2O3-δ/Ce0,9Gd0,1O1,95 qui n’avaient jamais été testés en conditions réelles de pile. L’anode Ni:La2Mo1,5W0,5O9 (LMW0,5) quant à elle n’a pas présenté de problèmes d’incompatibilité avec l’électrolyte LMW0,5. Enfin, dans une troisième partie, des tests de piles montrent que l’utilisation de cet électrolyte semble possible en conditions réelles de pile monochambre à 600°C. Les performances de piles obtenues sont toutefois inférieures de deux ordres de grandeur à celles de la littérature, en raison de la faiblesse de l’activité électrochimique des cathodes pour la réduction du dioxygène, vérifiée par tests de cellules symétriques. La teneur en nickel de l’anode et ses dimensions se sont par ailleurs avérées déterminantes pour l’orientation du choix des conditions opératoires et la stabilité des performances de pile.