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Matériaux pour Piles à combustible et Electrolyseurs haute température

Dans le domaine de la transformation de l'énergie chimique, l’hydrogène apparait comme un vecteur prometteur. Nos recherches s’intéressent en particulier aux piles à combustible et électrolyseur à oxydes solides (de type SOFC ou SOEC), basées sur des électrolytes oxydes conducteurs par ions O₂^- ou H⁺. La gamme de température de fonctionnement élevée (500-700 °C) permet soit de diminuer l’énergie électrique nécessaire pour électrolyser l’eau en utilisant des sources de chaleurs fatales, soit de pouvoir utiliser une grande variété de combustibles (hydrocarbures, gaz de synthèse) en mode pile à combustible. Malgré ces avantages, leur déploiement à grande échelle est limité par leur coût et leur durabilité, qui nécessite un effort de recherche plus approfondi.

Notre équipe s’intéresse à tous les aspects qui touchent au cœur de cellule, de la recherche de nouveaux matériaux, aux mesures de performances et de durabilité de cellules complète, en passant par l’étude fondamentale de propriétés de transport et d’électrocatalyse des matériaux ainsi que l’optimisation des techniques de mise en forme des oxydes pour fabriquer ces cellules.

Nouveaux matériaux de cœur de cellules

Coeur cell200 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.

Mise en forme des céramiques pour la fabrication de cellules

MeF200 Olivier Joubert, Annie Le Gal La Salle

Disposer de matériaux prometteurs n’est pas une condition suffisante pour pouvoir fabriquer des cellules performantes. La mise en forme de ces matériaux pour fabriquer des cellules peut avoir des impacts important sur l’efficacité des systèmes. Notre équipe se concentre sur trois aspects de la mise en forme des matériaux pour la fabrication de cellules :
- La fabrication de cellules sur métal support poreux
- L’utilisation du « Cold Sintering » pour diminuer les températures nécessaires à la mise en forme des cellules
- L’implémentation du recyclage de cellules et la fabrication de nouvelles cellules à partir de matériaux recyclés

Réactions aux électrodes et phénomènes d’empoisonnement

Poison200 Clément Nicollet, Annie Le Gal La Salle

L’intérêt majeur des cellules oxydes à haute température étant leur versatilité en termes de conditions de fonctionnement. Aux Electrodes, les cellules peuvent être soumises à des conditions très variées et éloignées des conditions idéales de gaz réactifs purs (O₂ et H₂), qui implique des mécanismes réactionnels très complexes et peuvent également être la source de phénomènes d’empoisonnement par des contaminants extérieurs. Il est donc primordial d’étudier le comportement des cellules et matériaux dans une grande variété de conditions. Notre équipe se focalise sur trois aspects :
- L’utilisation de gaz issus de la biomasse comme combustible
- L’étude du fonctionnement des cellules dans des conditions non-idéales (air humide, atmosphère marine, etc)
- L’étude de l’effet de différents poisons sur les électrodes à air

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