Nouveaux matériaux de cœur de cellules
Clément 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.
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.
Mots-clés : Electrode à combustible, infiltration, exsolution, nanoparticules Ni
Expertises : Chimie des matériaux, Electrochimie
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.
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