Mise en place et d?veloppement d'un outil de diagnostic in situ bas? sur la spectroscopie d'imp?dance ?lectrochimique pour l'?tude des ?lectrolyseurs haute temp?rature ? oxyde solide

par Aziz Nechache

Thèse de doctorat en El?ctrochimie

Sous la direction de Michel Cassir et de Armelle Ringued?.

Soutenue le 10-06-2014

à Paris 6 , dans le cadre de ?cole doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Physico-Chimie-Curie (laboratoire) .

Le jury était composé de Christel Laberty-Robert, Laurent Dessemond, Jorge Frade, Annabelle Brisse, Pauline Girardon, Bernard Boukamp.


  • Résumé

    Un outil de diagnostic in situ pour l'?tude des ?lectrolyseurs ? oxyde solide, fond? sur la spectroscopie d'imp?dance ?lectrochimique, a ?t? mis en place ? travers une analyse syst?matique de l'influence de plusieurs param?tres (densit? de courant, temp?rature, composition et d?bit des gaz) sur les performances et le comportement d'une monocellule commerciale dans une configuration ? 2 ?lectrodes. Les principaux ph?nom?nes r?gissant le fonctionnement de la cellule ont ?t? identifi?s. Une analyse de son comportement apr?s apparition et ?volution dans le temps d'une d?gradation pr?matur?e, suite ? une modification sur le banc d'essai, a ?t? r?alis?e. Un m?canisme expliquant l'origine et les cons?quences de cette d?gradation pr?matur?e a ?t? propos?. Une ?tude sur l'influence de l'?paisseur d'une des deux ?lectrodes de la cellule a par ailleurs permis de distinguer deux des ph?nom?nes principaux li?s ? la diffusion de H2O ? l'?lectrode Ni-YSZ. Enfin, l'?tude du comportement de la cellule apr?s d?gradation par conduction ?lectronique de l'?lectrolyte YSZ a mis en ?vidence la formation de porosit?s entrainant notamment des d?laminations ? l'interface YSZ/YDC. Un ?tat de d?gradation plus avanc? que pour les tests pr?c?dents a ?t? observ? pour les couches YDC et Ni-YSZ. Ce ph?nom?ne se manifeste par un d?placement en fr?quence de l'ensemble du diagramme d'imp?dance mesur? vers les plus basses fr?quences, formant une boucle n?gative. Rp finit par disparaitre, le courant circulant alors majoritairement via la conduction ?lectronique de l'?lectrolyte YSZ.

  • Titre traduit

    In situ diagnosis tool based on electrochemical impedance spectroscopy for the study of high temperature solid oxide electrolyzers


  • Résumé

    An in situ diagnosis tool, based on electrochemical impedance spectroscopy, for the study of solid oxide electrolyzer cells was established through the analysis of the influence of several parameters (current density, temperature, gas composition and gas flow rate) on the performances and the behavior of a commercial single cell studied in a two-electrode configuration. The main phenomena governing the cell were identified. An analysis of its behavior after appearance and evolution with time of a premature degradation was carried out. A mechanism explaining the origin and the consequences of such degradation was suggested. Furthermore, studying the influence of the cathode thickness allowed distinguishing two of the main phenomena associated to H2O diffusion at the Ni-YSZ electrode. In addition, a study of the cell behavior after degradation by electronic conduction of the YSZ electrolyte showed formation of numerous porosities leading to delaminations at the YSZ/YDC interface. This phenomenon was characterized by a shift of the overall impedance diagram to the lowest frequencies, with appearance of a negative loop which finally leads to the disappearance of Rp as the current circulates mostly via electronic conduction of the YSZ electrolyte.

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