Étude de la chimie de surface des électrodes SOEC lors de l'électrolyse H2O à haute température
Langue Anglais
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Auteur : Zhang, Jinming
Date de soutenance : 12-12-2024

Directeur(s) de thèse : Zafeiratos, Spyridon

Président : Savinova, Elena R.
Rapporteur(s) : Laurencin, Jérôme - Bion, Nicolas
Membre(s) du jury : Barreau, Mathias

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 : SOECs, Ni/YSZ, NAP-XPS, Modification des nanoparticules, LSCF
Mots-clés :
  • Électrochimie
  • Piles à combustible à oxyde solide
  • Électricité -- Production par réaction chimique
Résumé : Cette thèse se concentre sur les performances électrochimiques et la chimie de surface des cellules d'électrolyse à oxyde solide avancées (SOEC), avec une attention particulière sur le comportement des électrodes Ni/YSZ lors de l'électrolyse de l'eau. Les SOEC présentent un potentiel considérable pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau et le stockage d'énergie, tandis que les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) utilisent l'hydrogène pour la production d'électricité. Compte tenu de l'efficacité économique, de la compatibilité thermique et de la haute conductivité des composites à base de nickel, largement utilisés dans les applications industrielles, cette recherche se concentre sur l'amélioration de ces matériaux grâce à la modification de surface. À l'aide de la spectroscopie de photoélectrons par rayons X à pression quasi ambiante (NAP-XPS), l'interaction entre les électrodes Ni/YSZ et la vapeur d'eau a été étudiée dans des conditions de circuit ouvert et de polarisation. Des modifications ont été apportées aux cathodes poreuses traditionnelles en Ni/YSZ afin d'observer directement les zones fonctionnelles proches de l'électrolyte YSZ. Les résultats ont révélé des changements dynamiques dans les états d'oxydation et la composition du Ni/YSZ dans des atmosphères de H2 et de H2O. En outre, cette étude met en lumière l'impact de l'oxydation des électrodes sur la dégradation pendant l'électrolyse et souligne la relation entre l'état d'oxydation de la surface du nickel et les performances électrochimiques de la cellule. Des nanoparticules (NP) à base de cérium ont été introduites pour modifier la surface des électrodes Ni/YSZ. Deux types de NP — le cérium dopé au nickel (NiCeOx) et le cérium non dopé (CeOy) — ont été synthétisés et utilisés pour imprégner des électrodes métalliques Ni/YSZ préfabriquées. L'étude comparative a montré que le NiCeOx présentait des performances supérieures en raison d'une meilleure dispersion et d'une taille de particules plus réduite. Les résultats obtenus par synchrotron ont également révélé que le dopage au nickel modifiait les propriétés rédox du cérium, conduisant à une réduction plus forte de Ni/YSZ par rapport à CeOy, ce qui a augmenté le nombre de sites actifs et amélioré l'efficacité de l'électrolyse. De plus, des essais expérimentaux impliquant des nanoparticules de cérium dopé au vanadium et au cobalt ont été présentés, bien que les améliorations de performances aient été limitées. Enfin, les surface des électrodes La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF) ont été étudiés, en se concentrant sur la ségrégation du Sr. L'étude a également examiné le Pr6O11 en tant que catalyseur électrochimique alternatif pour les applications SOEC, démontrant son potentiel. En somme, cette recherche souligne l'impact significatif des modifications de surface des nanoparticules sur les performances électrochimiques des électrodes dans l'électrolyse de l'eau, révélant des améliorations notables en termes d'efficacité et de stabilité. La combinaison d'une conception innovante des matériaux et de techniques de caractérisation avancées offre des perspectives précieuses pour le développement de solutions énergétiques durables.
 
Type de contenu : Text
Format : PDF
 
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2024STRAF049
Type de ressource : Thèse