Fabrication d'électrolytes bicouches ESB/GDC pour piles à combustible à oxyde solide basse température

Abstract

International audienceAlors que les propriétés de conduction de la zircone stabilisée à l’yttrium (YSZ) imposent des températures de fonctionnement supérieures ou égales à 700°C pour les piles à combustible à oxyde solide, en 2011, Eric Wachsman de l’Université du Maryland annonce la possibilité d’abaisser ces températures de fonctionnement à 350 °C en utilisant un électrolyte bi-couche à base d’oxyde de bismuth (ESB), excellent conducteur par ions oxyde mais peu stable sous hydrogène, associé à une couche protectrice de cérine, stable sous hydrogène mais pouvant présenter de la conduction mixte sous atmosphère réductrice. En 2013 [2], il annonce la commercialisation de dispositifs capables de fonctionner à 550°C, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives aux phases dérivées de l’oxyde de bismuth, largement étudiées à l’UCCS mais délaissées ces dernières années du fait de leur instabilité sous atmosphère réductrice malgré des conductivités ioniques supérieures à la plupart des conducteurs par ions oxyde. Dans le cadre du projet ANR BIBELOT ANR-18-CE05-0001, dans le but de rechercher de nouveaux matériaux de cathode pour ce type de dispositif et de pouvoir les tester, nous avons considéré dans un premier temps l’élaboration d’un électrolyte bi-couche GDC/ESB. La composition Er0.5Bi1.5O3 a été retenue pour ESB et Gd0.1Ce0.9O1.95 pour GDC. Nous présenterons ici les premiers résultats obtenus par spin coating sur un électrolyte dense de GDC d’une encre préparée à partir d’une poudre d’ESB obtenue par co-précipitation d’une solution de nitrate en milieu basique, d’éthanol et de polyvinylbutyral (PVB).[1] E.D. Wachsman, K.T. Lee, Science 2011 , 334, 935.[2] Am. Ceram. Soc. Bull. 2013, 92