Titanates substitués au nickel comme matériaux d'électrode de pile à combustrible ou électrolyseur à oxyde solide

par Charline Arrivé

Thèse de doctorat en Science des matériaux

Sous la direction de Olivier Joubert et de Thibaud Delahaye.

Soutenue en 2012

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Deux familles de titanates substitués au Ni, de structure pérovskite, ont été développées pour une utilisation comme électrodes à la fois coté air et hydrogène dans des cellules électrochimiques à oxyde solide (SOFC ou SOEC) « symétriques ». Cette symétrie, avantageuse notamment pour la mise en forme des cellules, peut être abaissée dans les conditions de fonctionnement des dispositifs. Les titanates, monophasés sous air, évoluent ainsi vers des cermets par précipitation de nanoparticules de Ni hors de la structure cristalline dans des conditions réductrices. Ce phénomène, appelé exsolution, est au coeur de cette étude. Les composés (La,Sr)(Ti,Ni)O3 et (La,Sr)(Ti,Mn,Ni)O3, synthétisés par voie-sol-gel, cristallisent respectivement en symétrie orthorhombique et rhomboédrique. Leur stabilité à 800°C a été vérifiée pendant 48h sous air et sous Ar/H2(2%) sec et humide. L’exsolution du Ni sans décomposition de la phase peut être obtenue par une réduction in situ (T=800°C) et/ou une pré-réduction à plus haute température (T>1000°C). Les mesures de conductivités sous air et sous Ar/H2(2%) humide ont permis la sélection de La0,875Sr0,125Ti0,5Ni0,5O3 et La0,53Sr0,47Ti0,4Mn0,5Ni0,1O3 comme candidats d’électrodes de cellule symétrique et de La1-2xSr2xTi1-xNixO3 (x=0,1 et 0,25) comme candidats d’électrode à hydrogène. Leurs performances électrochimiques, étudiées par spectroscopie d’impédance complexe, sont prometteuses. La0,53Sr0,47Ti0,4Mn0,5Ni0,1O3 atteint ainsi, une résistance de polarisation de 0,56 Ω. Cm² à 800°C sous Ar/H2(2%)/H2O(3%) après optimisation.

  • Titre traduit

    Nickel substituted titanates as electrode materials for solid oxide fuel cell or electrolyser


  • Résumé

    Two families of Ni substituted titanates, with perovskite structure, have been developed to be used as electrodes on both the air and hydrogen side, in "symmetrical" solid oxide electrochemical cells (SOFC or SOEC). This symmetry, particularly advantageous for the cell preparation, can be lowered in the devices operating conditions. Titanates, single-phase in air, turn into cermets through precipitation of Ni nanoparticles out of the crystal structure under reducing conditions. This phenomenon, called exsolution, is the main topic of this study. The compounds (La,Sr)(Ti,Ni)O3 and (La,Sr)(Ti,Mn,Ni)O3, synthesized via sol-gel route, respectively crystallize in orthorhombic and rhombohedral symmetry. Their stability at 800°C has been assessed during 48h in air and under dry and wet Ar/H2(2%). Ni exsolution without phase decomposition can be obtained after in situ reduction (T=800°C) and/or pre-reduction at higher temperatures (T>1000°C). Conductivity measurements in air and reducing atmosphere have led to the selection of La0. 875Sr0. 125Ti0. 5Ni0. 5O3 and La0. 53Sr0. 47Ti0. 4Mn0. 5Ni0. 1O3 as candidates for electrode of symmetrical cell, and La1-2xSr2xTi1-xNixO3 (x=0. 1 and 0. 25) as candidates for hydrogen electrodes. Their electrochemical performances, studied by complex impedance spectroscopy, are promising. La0. 53Sr0. 47Ti0. 4Mn0. 5Ni0. 1O3 reaches thus, a polarization resistance of 0. 56 Ω. Cm ² at 800 ° C under Ar/H2(2%)/H2O(3%) after optimization.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (237 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Réf. bibliogr.

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  • Cote : 85 ARR
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