New electrode materials for SOFC
Nouveaux matériaux d'électrode de cellule SOFC
Résumé
Influences of two cations, cerium and baryum, have been examined on the structural, physico-chemical, electrical and electrochemical properties of LSCM (La,Sr)(Cr,Mn)O3 as an anode for SOFC. LSCM was subtituted on the A site of the perovskite (cerium on lanthanum sites, or baryum on strontium sites). The related composition CeSCM (CexSr1-xCr0.5Mn0.5O3) has been synthetised in order to increase Ce4+ concentration. Chemical stabilities are discussed in elaboration and operating conditions. Electrical conductivity measurements have been performed in different atmospheres. CeLSCM and CeSCM are p-type semi-conductors. LBSCM materials are n-type semi-conductors for pO2 from 1 atm to 10-4 atm, and p-type for lower pO2. Electrical conductivity for CeLSCM materials increases with cerium content. Conductivities of CeSCM materials are similar. In reducing conditions, these materials exhibit a conductivity of 1 S.cm-1 at 900 °C, except for CeSCM 50 (0,2 S.cm-1). Baryum content has no influence on electrical conductivity of LBSCM; it is divided by 2 compared with LSCM in air and in H2- 3% H2O, and is slighty better than LSCM in argon. Electrochemical characterizations have been performed on dense pin-shaped electrodes. Stationnary and dynamic periodic measurements were performed. Anodic performances of CeLSCM materials increase with cerium content. CeLSCM 37.5 properties are compatible with an application as anode SOFC operating beyond 800 °C. Electrode reaction is not modified when strontium is substituted by cerium. However, lanthanum absence has a poor effect on performance. LBCM exhibits interesting performances as an anode for SOFC. Origins of electrode reactions are discussed.
Ce travail est consacré à l'étude des influences de deux cations, le cérium et le baryum, sur les propriétés structurales, physico-chimiques, électriques et électrochimiques de l'oxyde (La,Sr)(Cr,Mn)O3 (LSCM). L'effet de l'état d'oxydation du cérium a été déterminé en substituant les sites A de LSCM et d'un oxyde de composition proche, CexSr1-xCr0,5Mn0,5O3 (CeSCM). L'influence des propriétés de basicité du baryum a été examinée. Les matériaux sont stables en conditions de fonctionnement d'anode pour SOFC. La conductivité est de type p pour CeLSCM et CeSCM. Les composés LBCM sont des semi-conducteurs de type n pour des pressions partielles comprises entre 1 et 10-4 atm, et de type p pour des pressions plus faibles. Sous atmosphère neutre, la conductivité électrique totale augmente avec la teneur en cérium dans LSCM, et la conductivité des matériaux CeSCM est similaire à celle de CeLSCM substitué par 25% de cérium (36 S.cm-1 à 900 °C). Sous atmosphère réductrice, la conductivité des matériaux CeLSCM est de l'ordre de 1 S.cm-1. La quantité de baryum n'a pas d'influence sur la conductivité de LSBCM. La caractérisation d'électrodes ponctuelles denses a permis de montrer que les performances anodiques augmentent avec la teneur en cérium substitué au lanthane dans LSCM. La nature des processus impliqués n'est pas modifiée lorsque le strontium est substitué par le cérium, même si l'absence de lanthane pénalise le comportement anodique. Des performances intéressantes pour une application comme matériau d'anode pour SOFC ont été atteintes pour le composé La0,75Ba0,25Cr0,5Mn0,5O3. Les origines des contributions élémentaires des caractéristiques d'électrode sont discutées.
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