Electrocatalyse de la réduction de l’oxygène et de l’oxydation de l’eau par des oxydes de métaux de transition : cas des pérovskites de Mn et Co

Electrocatalysis of oxygen reactions by transition metals oxides : a Mn, Co-perovskite case

• Auteur / Autrice : Ivan Filimonenkov
• Direction : Elena R. Savinova, Galina Tsirlina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 20/12/2019
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Université d'État Lomonossov de Moscou (Moscou, Russie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Evgenij V. Antipov
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elena R. Savinova, Galina Tsirlina, Evgenij V. Antipov, Sergueï Martemianov, Vladimir Guterman, Antoine Bonnefont, Alexander Modestov
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sergueï Martemianov, Vladimir Guterman

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrosion

Carbone

Pérovskites

Piles à combustible à oxyde solide

Électrocatalyse

Mots clés libres

Électrocatalyseurs à base de pérovskites

Réaction de réduction de l’oxygène (RRO)

Réaction de dégagement de l'oxygène (RDO)

Additifs conducteurs

Corrosion du carbone

Pile à combustible

Électrolyseur

Perovskite-based electrocatalysts

Oxygen reduction reaction (ORR)

Oxygen evolution reaction (OER)

Conductive additives

Carbon corrosion

Fuel cell

Electrolyzer

Résumé

L’étude de l'électrocatalyse des réactions de réduction de l'oxygène (RRO) et de dégagement de l'oxygène (RDO) est étroitement reliée au développement de matériaux cathodiques et anodiques pour les piles à combustible et les électrolyseurs. L’objectif de cette thèse est de développer et d’étudier des matériaux d’électrodes à base d’oxydes de Mn et de Co, actifs et stables, à la fois pour la RRO et la RDO. Les relations entre les caractéristiques électrochimiques des compositions pérovskite / carbone et les propriétés de leurs composants sont établies et étayées expérimentalement dans la thèse. Il a été constaté que la résistance des matériaux carbonés à la corrosion dans les conditions de la RDO est influencée non seulement par leur ordre cristallin, mais également par leur activité intrinsèque pour la RDO. Il a été démontré que les activités des pérovskites à base de Mn et de Co dépendent linéairement du nombre de cations de Mn et de Co rechargeables, respectivement pour la RRO et la RDO. Il a été découvert qu'une intercalation réversible de l'oxygène dans la structure cristalline des pérovskites à base de Co se produit dans les conditions de la RDO, ainsi qu'à des potentiels plus faibles.

A study of electrocatalysis of oxygen reduction (ORR) and oxygen evolution (OER) reactions is closely related with a development of cathodic and anodic materials for fuel cells and elec-trolyzers. An objective of this thesis is to develop and investigate Mn, Co-oxide-based elec-trode materials active and stable in both the ORR and OER. Relationships between electro-chemical characteristics of perovskite/carbon compositions and properties of their compo-nents are stated and experimentally substantiated in the thesis. It is found a corrosion re-sistance of carbon materials under OER conditions is influenced not only by their crystalline order, but also by their intrinsic OER activity. It is shown the ORR and OER activity of Mn, Co-based perovskites linearly depends on the number of rechargeable Mn and Co cations, respectively. It is revealed a reversible oxygen intercalation through a crystal structure of Co-based perovskites occurs under OER conditions as well as at lower potentials.