Etude et optimisation des propriétés de transport de l’oxygène à travers des matériaux conducteurs mixtes pour la production d’énergie décarbonée

Study and optimization of the oxygen transport properties through mixed-conductor materials for carbon-free energy production

• Auteur / Autrice : Eva Deronzier
• Direction : Pierre-Marie Geffroy, Thierry Chartier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux Céramiques et Traitements de Surface
• Date : Soutenance le 02/11/2020
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les CERamiques
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Rossignol
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Marie Geffroy, Thierry Chartier, Rose-Noëlle Vannier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : André Ayral, Elisabeth Djurado

Mots clés

Mots clés contrôlés

Perméabilité

Énergies décarbonées

Mots clés libres

Membrane céramique

Conducteur mixte

Semi-perméabilité à l’oxygène

Cinétiques d’échanges de surface

Diffusion volumique

Architecture

Dépôt

Support poreux

Ceramic membrane

Mixed conductor

Oxygen semi-permeation

Surface exchanges kinetics

Bulk diffusion

Architecture

Coating

Porous support

Résumé

Les conducteurs mixtes ioniques et électroniques sont utilisés dans de nombreux domaines d’applications, et notamment comme matériau d’électrodes pour les piles à combustible de type SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) ou comme matériaux membranaires pour la séparation et la production d’oxygène. Cependant, les flux de semi-perméabilité à l’oxygène obtenus par la technologie membranaire ne sont pas suffisamment importants actuellement pour répondre aux besoins industriels. L’enjeu de ces travaux de thèse a donc été de mieux comprendre la nature des mécanismes de transport de l’oxygène à travers les membranes céramiques afin d’améliorer leurs flux de semi-perméabilité à l’oxygène. Les propriétés de transport de l’oxygène de matériaux pérovkites à base de lanthane ou de baryum ont ainsi été caractérisées à partir d’un appareil original mis au point au laboratoire. Dans un deuxième temps, de nouvelles architectures de membranes ont été élaborées et caractérisées en termes de semi-perméabilité à l’oxygène.

Mixed ionic and electronic conductors (MIEC) are used in numerous areas, such as cathode materials for the solid oxide fuel cells (SOFC) or as membrane materials for the oxygen gas separation. However, currently, oxygen semi-permeation fluxes produced by ceramic membranes are too low for potential industrial applications. Our study focuses on the better understanding of the oxygen transport mechanisms through the ceramic membranes in order to improve the oxygen semi-permeation fluxes through the membrane. The oxygen transport properties of lanthanum-based or barium-based perovskite materials are characterized and studied by a new and original setup. Then, new architectures of membranes are developed and their electrochemical performances are characterized.