Etude de la durabilité de cellules d'électrolyse de la vapeur d'eau à haute température : influence des paramètres de fonctionnement

par Aurore Mansuy

Thèse de doctorat en Physico-Chimie de la Matière Condensée

Sous la direction de Fabrice Mauvy.

Soutenue le 04-12-2012

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde) , en partenariat avec Institut de chimie de la matière condensée (Bordeaux) (laboratoire) .

Le président du jury était Mario Maglione.

Le jury était composé de Fabrice Mauvy, Laurent Dessemond, Jan Van Herle, Lydie Tchicaya, Julie Mougin, Marie Petitjean.

Les rapporteurs étaient Laurent Dessemond, Jan Van Herle.


  • Résumé

    Ce travail porte sur l’analyse du comportement en durabilité d’une cellule à oxydes solides en fonctionnement en mode Electrolyse de la vapeur d’eau à Haute Température (EHT). Il s’agit plus particulièrement d’identifier les paramètres influant sur la durabilité de la cellule et de comprendre les mécanismes associés, de manière à établir le meilleur compromis durabilité-performance. Un premier axe de recherche correspond à la caractérisation électrochimique initiale de la mono-cellule choisie pour l’étude, à savoir une cellule à électrode support de type LSFC/YDC/8YSZ/Ni-YSZ dont le comportement électrochimique est étudié sous diverses températures, conditions de gaz et densités de courant. Ensuite, la dégradation des performances est étudiée in situ par spectroscopie d’impédance électrochimique et voltampérométrie lors de diverses études séquentielles par paliers de 200 heures. L’influence du taux de conversion et de la densité de courant sur la dégradation des performances est ainsi analysée. Pour compléter cette étude, des analyses physico-chimiques et microstructurales post tests ont été réalisées sur des échantillons ayant fonctionné 1000 heures afin de faire le lien entre les modifications électrochimiques observées et les changements de structure et de composition des matériaux de cellule. Des hypothèses de mécanismes de dégradation ont ainsi pu être formulées.

  • Titre traduit

    Durability study of a cathode supported cell for the High Temperature Steam Electrolysis (HTSE) : influence of operating parameters


  • Résumé

    This work is dedicated to the study on the long term behavior of a solid oxide electrolysis cell (SOEC). More specifically, the target is to identify and understand the influence of main working parameters on the cell durability in order to find the best compromise between performances and durability. The initial part of this work is to characterize electrochemically the single cell selected for the study, that is to say a cathode supported cell of the type LSFC/YDC/8YSZ/Ni-YSZ at different gas conditions, temperature and current density. Then, the degradation of the cell performances has been studied by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and voltamperometry (i-V) curves during sequential tests of 200h. The influence of the most important working parameters like the current density and the steam conversion has been analyzed. To complete this study, physico-chemical and microstructural analyses have been performed on cells that have been operated over 1000 hours, to make a link between electrochemical degradation observed on the cell and composition and structural changes of cell materials.


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