Interfaces et durabilité d'un coeur de pile à combustible à oxyde solide fonctionnant à température intermédiaire

par Guillaume Constantin

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Elisabeth Djurado.

Soutenue le 15-11-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et Interfaces (équipe de recherche) .

Le président du jury était Rose-Noëlle Vannier.

Le jury était composé de Elisabeth Djurado, Cecile Rossignol, Jean-paul Barnes, Paolo Ghigna.

Les rapporteurs étaient Florence Ansart, Fabrice Mauvy.


  • Résumé

    Une des solutions envisagée pour éviter la réactivité entre la cathode de LSCF et l'électrolyte de YSZ est l'intercalation d'une couche barrière de CGO. Une étude de la réactivité interfaciale par DRX et ToF-SIMS entre CGO, déposée par atomisation électrostatique, et YSZ a montré qu'un traitement thermique au-dessus de 1100 C sous air induit une détérioration de la couche de CGO par la formation d'une solution solide. Le vieillissement du système LSCF/CGO/YSZ a été étudié en fonction de l'épaisseur de la couche de CGO de 0,11 à 2 µm, par spectroscopie d'impédance complexe, à 700 °C sous air à l'abandon. Les mesures ont montré que l'épaisseur de cette couche est un facteur influençant les propriétés électriques des différents systèmes. L'introduction d'une couche mince de CGO, déposée par pulvérisation cathodique, a conduit à une diminution de la résistance série du système ainsi qu'une diminution de la dégradation de l'électrode LSCF. La dégradation de l'électrode de LSCF est liée à la ségrégation du Sr au niveau de l'interface LSCF/YSZ.

  • Titre traduit

    Interfaces and durability of a heart of solid oxide fuel cell operating at intermediate temperature


  • Résumé

    One of the considered solutions to avoid the reactivity between LSCF cathode and YSZ electrolyte is the intercalation of a CGO buffer layer. A study of the interfacial reactivity by XRD and by ToF-SIMS between CGO, by ESD, and YSZ has shown that an heat treatment above 1100 °C in air leads to the chemical degradation of the CGO layer leads to the formation of a solid solution. An ageing investigation of LSCF/CGO/YSZ half cell was performed for different CGO layer thicknesses coated by DC magnetron sputtering from 0.11 to 2 µm, by electrochemical impedance spectroscopy at 700 °C in air at OCV. EIS measurements have shown that the thickness of this coating has a strong effect on the electrical properties of these systems. The introduction of a thin CGO buffer layer has lead to the decrease of the initial value of the series resistance and to the reduction of the LSCF electrode degradation. This degradation electrode is due to the diffusion of Sr at the LSCF/YSZ interface as shown by microanalyses X.


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