Preuve de concept de réversibilité (fonctionnement alterné en mode électrolyse et pile à combustible) dans des dispositifs à base de sels fondus et oxyde solide comme électrolyte (Hybrid Electrochemical Cells – HEC)

Proof of concept of reversibility (alternating operation in electrolysis and fuel cell mode) in devices based on molten salts and solid oxide as electrolyte (Hybrid Electrochemical Cells - HEC)

• Auteur / Autrice : Simon Hubert
• Direction : Armelle Ringuedé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique
• Date : Soutenance le 28/09/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche de chimie Paris - Institut de recherche de chimie Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de chimie (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Alexa Courty
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Bassat, Aurélie Rolle, Pascal Briois
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Annie Le Gal La Salle, Gilles Taillades

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piles à combustible à oxyde solide

Électrochimie -- Appareils et matériel

Chimie analytique

Mots clés libres

Dispositif électrochimique hybride

Pile à combustible

Électrolyseur

Réversibilité

Carbonates fondus

Oxyde solide - composite - électrode à hydrogène

Hybrid electrochemical device

Fuel cell

Electrolyser

Reversibility

Molten carbonates

Solid oxide - composite - hydrogen electrode

Résumé

Cette étude a permis de montrer que des cellules hybrides basées sur un électrolyte composite à base de cérine dopée et de sels fondus pouvaient fonctionner de manière réversible entre les modes pile à combustible et électrolyse de vapeur d'eau pour la production décarbonée d'électricité et d'hydrogène, respectivement. Des électrodes hybrides associant carbonates fondus, oxyde solide et un alliage métallique ont été développées tant comme anode que cathode. Des performances très prometteuses ont été mesurées : résistance spécifique de 0,09 et 0,17 Ohms.cm2 sous H2-H2O-CO2 et Air-CO2 respectivement. Pour les cellules complètes en mode pile, une densité de courant de 475 mA.cm 2 et une densité de puissance de 353 mW.cm 2 ont été obtenues à 650°C. L'ensemble pourra encore être amélioré en optimisant les méthodes de fabrication et de mise en forme des constituants des cellules, ainsi qu'en ajustant les compositions et la taille des particules.

This study showed that hybrid cells based on a composite electrolyte based on doped-ceria and molten salts could operate reversibly between fuel cell and steam electrolysis modes for the decarbonised production of electricity and hydrogen, respectively. Hybrid electrodes combining molten carbonates, solid oxide and a metal alloy were developed as both anode and cathode. Very promising performances have been measured: specific resistance of 0.09 and 0.17 Ohms.cm2 under H2 H2O CO2 and Air CO2 atmosphere, respectively. For single cells in fuel cell mode, a current density of 475 mA.cm 2 and a power density of 353 mW.cm 2 were obtained at 650°C. Further improvements can be obtained by optimising the manufacturing and shaping methods for the cell components, and by adjusting the compositions and particle sizes.