Elaboration of nanostructured materials for Solid Oxide Fuel Cells : application to Nd₂NiO_4+δ and Ce_1-xA_xO_2-y

Elaboration de matériaux nanostructurés pour piles à combustible SOFC: application à Nd₂NiO_4+δ et Ce_1-xA_xO_2-y

David Mesguich (1)

1 ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux

The ongoing development of Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells implies the optimization of the synthesis and deposition methods for the new materials developed these past years. Indeed, electrochemical properties of these materials are closely linked to the initial powder characteristics as well as the electrode (or electrolyte) microstructure after deposition. Significant improvement of the aforementioned properties can be obtained via nanostructuration of the materials. Thus, this thesis is dedicated to the synthesis of the cathode material Nd₂NiO_4+δ and the electrolyte material Ce_1-xA_xO_2-δ. Methods employed are namely nanopowder synthesis in water/ethanol supercritical mixtures and spray pyrolysis as well as thin film deposition in supercritical fluids. The obtained objects have finally been characterized by electrochemical impedance spectroscopy in order to assess their performance for the SOFC application.

Le développement actuel des piles à combustible SOFC fonctionnant à température intermédiaire suppose l'optimisation des méthodes de synthèse et de mise en forme pour les matériaux nouveaux développés au cours des dernières années. En effet, les propriétés électrochimiques de ces dispositifs sont étroitement liées aux caractéristiques des poudres de départ ainsi qu'à la microstructure des électrodes (ou de l'électrolyte) après leur mise en forme. Une amélioration significative des dites propriétés peut être obtenue par la nanostructuration des matériaux. Dans ce contexte, ce travail de thèse est consacré à l'élaboration du matériau de cathode Nd₂NiO_4+δ ainsi que du matériau d'électrolyte Ce_1-xA_xO_2-δ. Les méthodes mises en œuvre sont la synthèse de nanopoudres en milieux éthanol/eau supercritiques et par voie pyrosol ainsi que le dépôt de couches minces en milieu CO2 supercritique. Les objets obtenus ont enfin été caractérisés par spectroscopie d'impédance électrochimique afin de quantifier leur performance pour l'application SOFC.

Mots clés: Impedance spectroscopy; SOFC fuel cell; Nickelate; MIEC; Cerine; Supercritical CO2; Pyrolysis; Supercritical fluids; Nanocrystals

Mots clés: Piles à combustible SOFC; MIEC conducteur mixte ionique et électronique; Nickelate Nd2NiO4+δ; Cathode; Cérine Ce1-xAxO2-δ; CO2 supercritique; Milieux fluides supercritiques éthanol/eau; Pyrosol assistée par ultrasons; Nanocristaux; Couches minces; Résistance spécifique ASR; Spectroscopie d'impédance électrochimique

Domaines: Matériaux

David Mesguich. Elaboration de matériaux nanostructurés pour piles à combustible SOFC: application à Nd₂NiO_4+δ et Ce_1-xA_xO_2-y. Matériaux. Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00523977⟩