Study of GdBaCo2-xMxO5+δ (M=Ni, Fe; x = 0, 0.1, 0.2,…) as new cathode materials for IT-SOFC application

par Yang Hu

Thèse de doctorat en Science des matériaux

Sous la direction de Guilhem Dezanneau.

Le président du jury était Gilles Caboche.

Les rapporteurs étaient Rose-Noëlle Vannier, Alain Thorel.

  • Titre traduit

    Etude de GdBaCo2-xMxO5+δ (M = Ni, Fe ; x = 0, 0.1,0.2,…) comme nouveaux matériaux de cathode pour l’application de IT-SOFC


  • Résumé

    GdBaCo2O5+δ a été présenté récemment comme un matériau de cathode potentiel pour pile à combustible à oxyde solide. Cependant, sa réactivité chimique avec la zircone yttriée et son fort coefficient de dilatation constituent une limite importante à son utilisation. L’objet de ce travail est l’étude des composés GdBaCo2 xMxO5+δ (M = Ni, Fe, x = 0, 0.1, 0.2…) i.e. substitués au fer et au nickel pour objectif d'améliorer les propriétés du composé original pour l'application pile à combustible. Tout d'abord, différentes méthodes de synthèse ont été essayées et comparées, les méthodes par voie chimique montrant un net avantage pour l'obtention de taux de substitution élevés. Les propriétés physico-chimiques des matériaux synthétisés ont été caractérisées. Si la structure des composés évolue avec la nature et le taux du substituant, les propriétés de ces composés en termes de conduction électronique ou d'évolution du contenu en oxygène sont relativement constantes. Finalement, les performances électrochimiques de plusieurs compositions sous forme d'électrodes poreuses ont été testées avec différents types d'électrolytes. Les résultats montrent que la substitution n'apporte rien pour ce qui concerne la dilatation des composés et par ailleurs ne semble pas améliorer significativement les performances électrochimiques.


  • Résumé

    GdBaCo2O5+δ has been recently introduced as a potential cathode material for solid oxide fuel cell. However, its utilization has been strongly limited by its chemical reactivity with yttrium-stabilized zirconia and its significant thermal expansion coefficient. This work focus on the study of compounds GdBaCo2 xMxO5+δ (M = Ni, Fe, x = 0, 0.1, 0.2…) i.e. substituted by Ni or Fe in order to ameliorate the properties of original composition for fuel cell application. Firstly, different synthesis methods have been attempted and compared, and the chemical routes showed a clear advantage for obtaining high substitution proportion. The physico-chemical properties of synthesized materials have been characterized. The structure of these compounds evolves with the substitution nature and proportion, while their properties such as electrical conductivity or changes in the oxygen content are relatively constant. Finally, the electrochemical performances of several compositions serving as porous electrodes were tested with different types of electrolytes. The results exhibit that the substitution neither shows evident influence with respect to the thermal expansion of these compounds, nor significantly improves their electrochemical performance.


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