Elaboration de films minces d'électrolyte par une technique innovante : l'atomisation électrostatique

Elaboration of electralyte thin films by an innovative technique : the electrostatic spray deposition

• Auteur / Autrice : Roberto Neagu
• Direction : Elisabeth Djurado, Ion Teoreanu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électrochimie
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Grenoble INPG en cotutelle avec Université polytechnique de Bucarest (Roumanie)

Résumé

Ce travail s'inscrit dans le cadre du développement des piles à combustible à oxyde électrolyte solide. Le but des travaux de la thèse a été la synthèse d'un dépôt en couche mince (environ 1 um) et dense d'un électrolyte à base de zircone par le procédé d'atomisation électrostatique (Electrostatic Spray Deposition - ESD), accompagné d'une étude fondamentale de ce procédé. Cette étude, développée dans la première partie de la thèse, a mené à l'élaboration d'un modèle physico-chimique complet des mécanismes qui contrôlent la formation et l'évolution de la couche. Dans la deuxième partie, une étude systématique d'optimisation du procédé ESD a abouti au dépôt de couches denses de zircone cubique (8YSZ) et quadratique (3Y-TZP) d'épaisseur de 150 à 700 nm. Cette étude a permis de bien définir un domaine opérationnel pour la synthèse des couches denses de zircone par ESD en fonction des ses principaux paramètres: la température du substrat, la distance de travail et le débit de la solution.

The thesis is devoted to a study of the deposition of a thin (approximately 1um) and dense layer of zirconia-based electrolyte for SOFCs using the Electrostatic Spray Deposition process - ESD. It fits in the larger context of investigations conceming the development of SOFCs operating at intermediate temperature. The first part of this work deals with the layer formation and has focused on the formulation of a physical and chemical model which describes the early stages of the evolution of the coating. Ln the second part, a systematic study of the optimisation of the ESD process has led to the deposition of dense tetragonal (3Y - TZP) and cubic (8YSZ) zirconia layers fram 150 to 700 nm in thickness. This study allowed us to define an optimal operational domain for the ESD to deposit dense zirconia as a function of the main process parameters : substrate temperature, working distance and solution flow rate.