Propriétés de transport de l'oxygène dans les cobaltites Ba2Co9O14 et Ca3Co4O9+δ  : apport du SIMS et du LEIS

par Vincent Thoréton

Thèse de doctorat en Molécules et Matière Condensée


  • Résumé

    Ce travail porte principalement sur la caractérisation des propriétés de transport de l'oxygène dans deux cobaltites, Ba2Co9O14 et Ca3Co4O9+δ, matériaux prometteurs comme cathode de pile à combustible à oxyde solide ou anode d’électrolyseur haute-température. Une grosse partie du travail a concerné la mise en place de la mesure de profils de diffusion de l'oxygène par échange isotopique et analyse SIMS. L'étude a ainsi démontré que ces deux matériaux sont des conducteurs mixtes ionique/électronique.Alors que les paramètres de transport mesurés sur Ba2Co9O14sont relativement faibles, les phases dérivées de Ca3Co4O9+δ présentent des coefficients d'échange en surface du même ordre de grandeur que ceux des matériaux de cathode les plus performants aujourd'hui. La structure de Ca3Co4O9+δ est constituée de l'alternance de couches Ca2CoO3-δ de type NaCl et de couches hexagonales CoO2. L'étude de céramiques texturées a démontré une diffusion facilitée parallèlement aux couches, probablement au sein des couches de type NaCl, lacunaires en oxygène. Par ailleurs, les premières mesures par LEIS ont montré la présence préférentielle de calcium à l'extrême surface du matériau.

  • Titre traduit

    Oxygen transport porperties in the Ba2Co9O14 and Ca3Co4O9+δ cobaltites : contribution of SIMS and LEIS


  • Résumé

    The main objective of this work was the characterization of the oxygen transport properties of oxygen in two cobaltite materials, Ba2Co9O14 et Ca3Co4O9+δ, promising as SOFC cathode or SOEC anode. A significant part of this work was devoted to the set-up of oxygen diffusion profiles measurement by combining isotopic exchange and SIMS analysis. It has been demonstrated that these ceramics are mixed ionic–electronic conducting (MIEC) materials. Even though Ba2Co9O14's oxygen transport coefficients are relatively low, Ca3Co4O9+δ and derivatives show surface exchange coefficients close to those encountered in the today's most promising cathode materials.Ca3Co4O9+δ is built upon the stacking of Ca2CoO3-δ rock-salt layers and CoO2 hexagonal layers. The study of textured ceramics showed a preferential diffusion along the layers, probably inside the rock-salt layers which contain oxygen vacancies. In addition, first LEIS measurements showed that the uppermost atomic layer of the structure is mainly made up of calcium atoms.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (231 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 193-205. 141 réf.

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