Etude de la chimie de surface des électrodes en cermet pendant l'électrolyse au CO2 à haute température
Langue Anglais
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Auteur : Chen, Dingkai
Date de soutenance : 15-12-2021

Directeur(s) de thèse : Zafeiratos, Spyridon

Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
École doctorale : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
 
Discipline : Chimie physique
Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie

Mots-clés libres : SOEC, Ni/YSZ, Ni/GDC, L'électrolyse du CO2, NAP-XPS, Infiltration
Mots-clés :
  • Chimie physique et théorique
  • Électrolyse
  • Oxyde d'yttrium
  • Gadolinium
  • Dioxyde de carbone
Résumé : Les matériaux à base de Ni et zircone stabilisée à l’oxyde d’yttrium (YSZ) ou d'oxyde de cérium dopé au gadolinium (GDC) sont les électrodes cathodiques de référence pour les SOEC fonctionnant avec des combustibles comme H2O, CO2 et CO2/H2O. Cependant, elles sont toujours confrontées à des problèmes de dégradation et de faible efficacité d'activation/conversion. Les dégradations peuvent être classées en effets irréversibles et réversibles. Les premiers sont liés à la stabilité mécanique du dispositif SOEC, comme la perte du TPB, la délamination, les changements microstructuraux, etc. qui peuvent être facilement démontrés par l'analyse post-mortem des dispositifs SOEC. Les phénomènes réversibles, tels que l'oxydation des électrodes et la pollution réversible (en particulier le carbone), sont quant à eux dynamiques et dépendent fortement des conditions opérationnelles. Par conséquent, les technologies de caractérisation en conditions opératoires sont nécessaires pour comprendre les mécanismes de dégradation exacts et envisager leur éradication. En ce qui concerne les problèmes de faible activité, malgré le fait que le Ni/YSZ soit prometteur comme électrocatalyseur de cathode SOEC en raison de son faible coût et de sa bonne résistance mécanique, il présente néanmoins des pertes de surtension élevées ainsi qu’une faible durabilité dans les études de cellules individuelles et de piles. En réponse à ces problèmes, la modification/décoration du matériau Ni/YSZ actuel est continuellement proposée comme solution principale pour l'électrolyse du CO2 dans les SOECs. L'objectif principal de ce travail est de comprendre l'oxydation de l'électrode, qui est considérée comme l'une des principales causes de dégradation réversible du matériau. Pour ce faire, nous étudierons la chimie de surface de deux électrodes cathodiques à base de nickel, Ni/GDC et Ni/YSZ, sous gaz d'alimentation SOEC et l'effet de l'état de surface de l'électrode sur leurs performances électrocatalytiques en utilisant la spectroscopie photoélectronique à rayons X à pression quasi ambiante (NAP-XPS). Enfin, sur la base des recherches ci-dessus, notre objectif est de développer une électrode à oxyde solide plus robuste et plus active pour les applications en SOC via la modification/décoration du matériau Ni/YSZ de référence.
 
Type de contenu : Text
Format : PDF
 
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2021STRAF025
Type de ressource : Thèse