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Nouveaux matériaux de cœur de cellules

Coeur cell200Clément Nicollet, Eric Quarez, Olivier Joubert, Annie Le Gal La Salle

L’amélioration de l’efficacité et des cellules passe par l’exploration de nouveaux matériaux pour les électrodes et l’électrolyte et l’étude de leurs propriétés de transport (e-, O2-, H+). Cet axe de recherche s’organise en trois parties :
- Pour l’électrode à air, nous étudions des matériaux de structures spinelles et leurs propriétés de réduction de l’oxygène.
- Pour l’électrode à combustible, nous étudions l’exsolution de nanoparticules métalliques à partir de pérovskites de manganèse sous-stœchiométriques.
- Via une méthode de synthèse de monocristaux en sel fondus, nous explorons également des matériaux de structures cristallines inédites.

   

Matériaux de structure spinelle pour électrodes à air

Clément Nicollet, Eric Quarez, Olivier Joubert, Annie Le Gal La Salle

Les propriétés électrocatalytiques du matériau d’électrode à air sont intimement lié aux propriétés redox des métaux de transition qui les composent. A cet égard, la structure spinelle est très intéressante car elle possède deux types de sites cationiques qui peuvent accepter un grand nombre de métaux de transition aux degrés d’oxydation multiples, offrant ainsi quantité de possibilités de combinaisons cationiques aux propriétés redox variées. Ce projet vise à établir un lien entre distribution cationiques, potentiels redox et efficacité catalytique de ces matériaux pour la réduction de l’oxygène.

Spinelle500

Mots-clés : Spinelle, electrode à air, reduction de l’oxygène

Expertises :  Electrocatalyse, Chimie du solide, Cristallographie

 

Exsolution ou infiltration : un moyen d'améliorer les propriétés des matériaux d'électrode

Olivier Joubert, Clément Nicollet, Eric Quarez, Annie Le Gal La Salle

Que ce soit le mode pile SOFC en environnement carboné comme le gaz naturel ou le mode électrolyse avec une forte proportion de vapeur d'eau, la teneur en nickel dans l'électrode à combustible est un point critique. Nous avons l'ambition de concevoir de nouveaux catalyseurs pour remplacer le cermet classique à base de nickel. Une solution consiste à utiliser des céramiques conductrices mixtes ioniques-électroniques (MIEC). La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3−δ (LSCM), par exemple, montre de bonnes performances à haute température pour l'oxydation directe du méthane tout en minimisant le cockage. Malheureusement, ses propriétés électrocatalytiques sont faibles. Une autre solution est l'utilisation de nanoparticules métalliques (par exemple Ni) pour améliorer les propriétés du matériau d'anode de type MIEC. Ceci a été réalisé par imprégnation d'une électrode poreuse avec un sel métallique ou par exsolution à partir de la perovskite.

Exsolution500

Mots-clés : Electrode à combustible, infiltration, exsolution, nanoparticules Ni

Expertises :  Chimie des matériaux, Electrochimie

Références : Impregnation versus exsolution: Using metal catalysts to improve electrocatalytic properties of LSCM-based anodes operating at 600 degrees C. Leonard Thommy, Olivier Joubert, Jonathan Hamon and Maria-Teresa Caldes. Int. J. Hydrog. Energy 2016, 41, 14207-14216Int. J. Hydrog. Energy 2016, 41, 14207-14216

 

Exploration de nouvelles structures cristallines

Clément Nicollet, Olivier Joubert, Annie Le Gal La Salle, Eric Quarez

L'objectif est d'étudier de nouveaux oxydes avec des applications dans les SOC en mettant l'accent sur la découverte de nouvelles structures cristallines. En fonction du cahier des charges des composants pour les SOCs, les éléments sont sélectionnés de manière raisonnée pour synthétiser des matériaux d'électrolyte ou d'électrode. Par exemple, la diffusion de l'oxygène est favorisée par la présence d'éléments à faible polarisation. La substitution aliovalente des ions métalliques favorise la formation / l'amélioration de la conduction ionique. L'ajout d'un métal de transition aide à la création de conducteurs mixtes ioniques-électroniques. L'exploration des oxydes par croissance cristalline peut également conduire à la découverte de nouveaux matériaux présentant de nouvelles structures ou propriétés intéressantes. La diffraction des rayons X (neutrons) des monocristaux/poudres est utilisée pour déterminer et affiner la structure qui est ensuite reliée aux propriétés afin de concevoir rationnellement de nouveaux matériaux.

Newmat2 500

Mots-clés : Nouvelle structure cristalline, Croissance en milieu fondu, Détermination structurale

Expertises : Cristallochimie, chimie du solide, synthèses (milieu fondu, à l’état solide, en solution), caractérisations structurales sur monocristaux / poudre par diffraction des rayons X / neutrons

Références : Oxygen Ion Transport and Effects of Doping in Ba3Ti3O6(BO3)2 Jean-Marie Doux, Khang Hoang, Olivier Joubert, and Eric Quarez Chem. Mater. 2017, 29, 15, 6425–6433

Ionic to Electronic Transport in Ba3Ti3O6(BO3)2 under Reducing Atmosphere Jean-Marie Doux, Khang Hoang, Olivier Joubert, Jonathan Hamon, Florian Massuyeau, and Eric Quarez ACS Appl. Energy Mater. 2018, 1, 2, 510–521

New KRb2Sb4BO13 and Rb3Sb4BO13 compounds prepared by Rb+/K+ ion exchange from the K3Sb4BO13 ion conductor Jean-Marie Doux, Nicolas Stephant, Annie Le Gal La Salle, Olivier Joubert, Dominique Guyomard and Eric Quarez CrystEngComm, 2019,21, 594-601

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