Réalisation et optimisation d'électrolytes et d'anodes pour piles à combustible à oxyde solide fonctionnant à température intermédiaire

NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocSudocFranceF

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

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 800C 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=800C) et/ou une pré-réduction à plus haute température (T>1000C). 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 .cm à 800C sous Ar/H2(2%)/H2O(3%) après optimisation.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 800C 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=800C) and/or pre-reduction at higher temperatures (T>1000C). 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 .cm at 800 C under Ar/H2(2%)/H2O(3%) after optimization.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocLIMOGES-ENSCI (870852305) / SudocNANTES-BU Technologie (441092105) / SudocSudocFranceF

Study of (La,Sr)(Ti,Ni)O3-δ materials for symmetrical Solid Oxide Cell electrode - Part B: Conditions of Ni exsolution

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Study of (La,Sr)(Ti,Ni)O3-δ materials for symmetrical Solid Oxide Cell electrode - Part C: Electrical and electrochemical behavior

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XRD Monitoring of α Self-Irradiation in Uranium–Americium Mixed Oxides

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Study of (La,Sr)(Ti,Ni)O3-δ materials for symmetrical Solid Oxide Cell electrode - Part A: Synthesis and structure analysis in air

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In-situ X-ray diffraction study of phase transformations in the Am–O system

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Dilatometric Study of U 1− x Am x O 2±δ Sintering: Determination of Activation Energy

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Exsolution of nickel nanoparticles at the surface of a conducting titanate as potential hydrogen electrode material for solid oxide electrochemical cells

International audienceA new La0.5Sr0.5Ti0.75Ni0.25O3 (LSTN25) titanate was proposed as a hydrogen electrode for Solid Oxide Cells (SOCs) with electrochemical performance given by Ni nanoparticles exsoluted at the surface of a conducting oxide. As only in-situ reduction at 800 °C has been proposed in literature to perform Ni exsolution, the reduction at higher temperature of the LSTN25 compound was also considered in this work. The high-temperature treatment led to the precipitation of Ni nanoparticles evidenced by TEM observation and to an improved electrical conductivity that may be due to the formation of a sufficiently high concentration of Ti3+. Electrochemical study of symmetrical cells tested in H2/H2O (97/3) showed a promising performance, with a polarization resistance of 0.55 Ω cm2 at 800 °C and 0.46 Ω cm2 after a thermal treatment in air that simulates the air electrode sintering