Développement de nouveaux oxydes comme électrodes à oxygène stables et performantes pour les dispositifs d'électrolyse de l'eau à haute température.

Developing new oxides as stable and performant oxygen electrodes for high temperature water electrolysis devices

• Auteur / Autrice : Romuald Frugier
• Direction : Jean-Marc Bassat, Jacinthe Gamon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Inscription en doctorat le 11/10/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Oxydes et Électro-Céramiques Architecturées pour l'Énergie et l'Électronique

Mots clés

Mots clés libres

Oxydes

Stable

Electrode à oxygène

Electrolyse

Hydrogène

Haute température

Oxides

Stable

Oxygen electrode

Electrolysis

Hydrogen

High temperature

Résumé

Développement de nouveaux oxydes et oxy-fluorures comme électrodes d'oxygène pour les dispositifs d'électrolyse de l'eau à haute température. Plus précisément, le sujet de la thèse est d'abord axé sur la chimie du solide dite exploratoire. Les bonnes performances des matériaux d'électrodes reposent sur l'utilisation de conducteurs mixtes O2- et e-. L'utilisation de l'anion fluorure associé à un oxyde est très prometteuse pour améliorer les performances de ces matériaux à des températures réduites. Les performances de ces matériaux à des températures réduites (afin de limiter les problèmes de durabilité, et donc de coûts...). Des phases oxyfluorées seront synthétisées (méthodes topotactique et solvothermique par exemple). Une caractérisation structurale approfondie sera réalisée (XRD, Rietveld, RMN 19F et 17O, Raman). Les recherches menées à l'ICMCB ont permis d'identifier des phases nickelates super-stoechiométriques en oxygène, parmi lesquelles le praséodyme est une terre rare à privilégier. Au moins trois de ces oxydes seront donc préparés, avant de se tourner vers les oxy-fluorures correspondants. Dans un deuxième temps, la conductivité et les propriétés d'échange/diffusion de O2- seront caractérisées, grâce au développement d'un montage original d'échange isotopique sur poudre et sous polarisation (en cours grâce au travail d'un post-doctorant). Enfin, nous réaliserons une caractérisation électrochimique des cellules (fabrication de demi-cellules puis de cellules complètes par différentes méthodes) afin de valider le potentiel applicatif de ces matériaux à anions mixtes. Plusieurs collaborations nationales (dans le cadre du projet mais pas seulement) et également internationales sont prévues.

Developing new oxides and oxy-fluorides as oxygen electrodes for high temperature water electrolysis devices More precisely, the subject of the thesis is focused first on so-called exploratory solid state chemistry. The good performance of the electrode materials is based on the use of mixed O2- and e- conductors. The use of the fluoride anion associated with an oxide is very promising to improve the performance of these materials at reduced temperatures. Performance of these materials at reduced temperatures (in order to limit the problems of durability, and therefore costs...). Oxyfluoride phases will be synthesized (topotactic and solvothermal methods for example). A thorough structural characterization will be carried out (XRD, Rietveld, 19F and 17O NMR, Raman). Research conducted at the ICMCB has led to the identification of nickelate phases that are super-stoichiometric in oxygen, among which praseodymium is a rare earth to be favored. At least three of these oxides will therefore be prepared, before turning to the corresponding oxy-fluorides. In a second step, the conductivity and the exchange/diffusion properties of O2- will be characterized, thanks to the development of an original isotope exchange set-up on powder and under polarization (in progress thanks to the work of a under polarization (in progress thanks to the work of a post-doctoral fellow). Finally, we will carry out an electrochemical characterizations of the cells (fabrication of half-cells and then complete cells using different methods of to validate the potential of these mixed anion materials for application. Several national (within the framework of the project but not only) and also international collaborations international collaborations are planned.