Réalisation et performances d’une cellule de pile à combustible SOFC avec l’électrolyte BaIn0. 3Ti0. 7O2. 85 et la forme réduite amorphe de La2Mo2O9 comme matériau d’anode

Elaboration and performances of a solid oxide fuel cell based on the electrolyse BaIn0. 3Ti0. 7O2. 85 and the amorphous reduced form of La2Mo2O9 as anode material

• Auteur / Autrice : Gaëtan Buvat
• Direction : Olivier Joubert, Philippe Lacorre, Maud Barré, Éric Quarez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de l'état solide, Matériaux
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École polytechnique de l'Université de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Guy Ouvrard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Joubert, Philippe Lacorre, Maud Barré, Éric Quarez, Guy Ouvrard, Julie Mougin, Jean-Marc Bassat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julie Mougin, Jean-Marc Bassat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piles à combustible à oxyde solide

Coulage en bande

Mots clés libres

Cinétique de réduction

Sfoc

La2mo2o9

Lamox

Bit07

Sérigraphie

Résumé

Le but de ce travail était la réalisation d’une cellule de pile à combustible à oxyde solide (SOFC) utilisant la forme réduite amorphe de La2Mo2O9 et le composé BaIn0. 3Ti0. 7O2. 85 (BIT07) comme matériaux d’anode et d’électrolyte, respectivement. Les deux premiers chapitres du mémoire sont consacrés à une étude bibliographique et à une présentation des techniques expérimentales utilisées dans ce travail. Le troisième chapitre porte sur la réductibilité de La2Mo2O9 et la stabilité de la forme réduite. La cinétique de réduction est étudiée et des mesures par RPE sur les phases amorphes montrent que Mo(+VI) se réduit principalement en Mo(+III). Le quatrième chapitre traite de l’élaboration de la cellule. La réactivité chimique des matériaux La2Mo2O9 et BIT07 est étudiée, conduisant à l’utilisation d’une couche barrière à la diffusion des cations, de type cérine substituée. La réalisation de cellule est tentée sous deux configurations, une de type anode support par coulage en bande, l’autre de type électrolyte support avec dépôt d’électrodes par sérigraphie. Un trop gros écart de températures de frittage entre anode et électrolyte n'a pas permis d'obtenir une cellule avec les caractéristiques recherchées. Par contre, la seconde méthode a permis d’élaborer une cellule complète avec La0. 6Sr0. 4Co0. 2Fe0. 8O3-δ comme cathode. Finalement, le dernier chapitre porte sur la caractérisation électrochimique de cellules complètes du dernier type. La densité de puissance maximale mesurée à 700°C est de 40mW/cm² limitée en majorité par la chute ohmique imputable à l’épaisseur de l’électrolyte. Un test de vieillissement à 700°C, d’une durée de 800h, montre une perte négligeable de performance.

The main objective of this research is the elaboration of a solid oxide fuel cell (SOFC) based on the amorphous reduced form of La2Mo2O9 and the compound BaIn0. 3Ti0. 7O2. 85 (BIT07) as anode and electrolyte materials, respectively. The first two chapters of the dissertation are devoted to a bibliographic study and a presentation of the experimental techniques used in this work. In chapter 3, the reducibility of La2Mo2O9 and stability of the reduced form are presented. In particular, the reduction kinetics has been studied and EPR measurements reported on the amorphous phases are, predominantly, reduced into Mo3+. The fourth chapter is about the elaboration of a single cell. The chemical reactivity of La2Mo2O9 and BIT07 has been studied, leading to the use a buffer layer as substituted ceria. Two cell configuration are attempted, one as anode support by tape casting, the other as electrolyte support with electrodes deposited by screen-printing. The first attempt failed due to a too big gap between optimal sintering temperatures of anode and electrolyte. The second attempt succeeded in giving a full cell with La0. 6Sr0. 4Co0. 2Fe0. 8O3-δ cathode. Finally, the last chapter presents the electrochemical characterization of single cells of this last configuration, where maximal power density has been measured at 700°C to be 40mW/cm², limited by ohmic loss accountable for the electrolyte thickness. Negligible performance loss has been reported during a 800h ageing test at 700°C.