Élaboration et caractérisation de nouveaux cermets d'anodes pour piles à combustible de type SOFC

par Amel Tabet Aoul-Benyoucef

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Didier Klein.

Soutenue en 2008

à Besançon en cotutelle avec l'Université Aboubaker Belkaid (Tlemcen, Algérie) , en partenariat avec Université de technologie de Belfort-Montbéliard (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail de thèse, traite du développement de nouveaux cermets d'anodes pour piles à combustibles de type SOFC, fonctionnant directement sous méthane. Deux aspects majeurs sont pris en compte : la composition chimique du matériau d'anode et sa microstructure. Pour se faire, des cermets à base de métaux, tels que le nickel, le cuivre et le cobalt et une base céramique en zircone totalement stabilisée à l'yttrine, ont été élaborés par projection plasma atmosphérique (APS), dans des conditions optimisées. Le choix des matériaux utilisés, s'est fait de sorte, à répondre aux exigences requises pour une application anodique, à savoir, une porosité suffisante, pour assurer la diffusion des gaz, de bonnes propriétés conductrices ionique et électronique, une bonne compatibilité chimique et mécanique avec l'électrolyte, une bonne stabilité thermique à haute température et de bonnes propriétés électrochimiques et életrocatalytiques, vis-à-vis les réactions d'oxydation et du reformage interne du combustible. Les différentes caractérisations morphologiques et structurales, menées sur les différents cermets réalisés, ont révélé l'obtention de dépôts poreux, formés par la succession de lamelles métalliques et céramiques, avec sauvegarde des phases cristallines, identifiées initialement, pour les poudres de départ. Le comportement électrique, en fonction de la température, manifesté par différents cermets obtenus, se rapproche de celui des métaux purs, malgré la présence de la matrice céramique. Pour ce qui est de la stabilité thermique, certains cermets obtenus, ont dévoilé une bonne stabilité à une température de 800°C. Ainsi, les cermets d'anodes, avec la bonne composition chimique et ayant été élaborés dans des conditions optimisées de projection APS, présentent donc la bonne morphologie et microstructure, pour une application anodique, dans des piles SOFC fonctionnant directement sous méthane, à des températures avoisinant 800°C, sans risques de détériorations majeures.

  • Titre traduit

    Elaboration and characterization of new anode cermets for SOFC fuel cells


  • Résumé

    This thesis deals with the development of new anode cermets for SOFC type fuel cell, operating directly under methane. Two major aspects are taken into account: the chemical composition of the anode material and its microstructure. To do so, cermets based metals such as nickel, copper and cobalt and a fully yttria stabilized zirconia as ceramic matrix were prepared by atmospheric plasma spraying (APS), under optimizated conditions. The choice of used materials became so as to meet the requirements for an anodic application, namely an enough porosity to enable gases permeability, good ionic and electronic conductive properties and good chemical and mechanical compatibilities with the electrolyte. The anode materials must also have a fine thermal stability at high temperatures and good electrochemical and electrocatalytic properties toward oxidation and fuel internal reforming reactions. The different morphological and structural characterisations revealed porous deposits, formed by the succession of metallic and ceramic lamellas, with safeguarding the initially identified crystalline phases for feedstock powders. The expressed electrical conductivity measurements versus the temperature for different cermets seemed to be like that of pure metals despite the presence of the ceramic matrix. Moreover some cermets unveiled a good thermal stability at a temperature of 800°C. Thus, anode cermets prepared under optimized APS conditions, with the accurate chemical composition, present the appropriate morphology and microstructure for an anodic application, in SOFCs operating directly under methane at temperatures around 800°C without risk of major damage.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (202 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 188-190

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Lucien Febvre (Belfort).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Sc.2008.12.B
  • Bibliothèque : Université de technologie de Belfort-Montbéliard. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : THESE 08 TAB
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