Développement de membranes céramiques à architecture optimisée pour l'oxycombustion

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Oxycombustion, Membrane céramique, Structure pérovskite, Surface d'échange, Semi-perméabilité à l'oxygène

Mots-clés

Matériaux céramiques,

Pérovskites - Structure,

Traitements de surface,

Membranes (technologie)

L’étude de matériaux conducteur mixtes (ionique et électronique) connait un intérêt croissant depuis plusieurs années dans le domaine de l’énergie, principalement lié au développement des électrodes pour les piles à combustible de type SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) ou des réacteurs catalytiques membranaires (CMR) pour le réformage du méthane de synthèse ou pour le procédé d’oxycombustion. Dans ce dernier cas, la réalisation de membranes conductrices mixtes de structure pérovskite du type La1-xAxFe1-yByO3- permet la séparation de l’oxygène de l’air à haute température (900°C) avec une sélectivité quasiment infinie sans circuit électrique extérieur. Les mécanismes limitant le transport de l’oxygène à travers la membrane ont été étudiés à l’aide d’un dispositif de caractérisation original composé d’électrodes, permettant la mesure du potentiel électrochimique de l’oxygène à la surface de la membrane. L’influence de la substitution du cation en site A puis en site B sur les propriétés de semi-perméabilité à l’oxygène a été étudiée au sein des matériaux pérovskites La0,5A0,5Fe0,7B0,3O3-(A = Ca, Sr, Ba et B = Al, Co, Cu, Ga, Mg, Mn, Ni, Sn, Ti, Zn). Les résultats obtenus avec cette technique originale nous ont permis de mieux cerner les mécanismes limitant le transport d’oxygène à travers la membrane. L’influence de la microstructure de la membrane sur les propriétés de semi-perméabilité à l’oxygène a également été étudiée et un modèle d’évolution des propriétés de semi-perméabilité en fonction de la microstructure a été proposé. Cette compréhension des mécanismes de transport nous a permis d’orienter les recherches vers l’élaboration de nouvelles architectures de membranes.