Matériau de type apatite pour pile à combustible : élaboration, caractérisations électrique et structurale, mise en forme

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

projection plasma, conduction ionique, apatites, piles SOFC, électrolytes

Mots-clés

Piles à combustible à oxyde solide - Thèses et écrits académiques,

Apatite - Thèses et écrits académiques,

Impédance mécanique - Thèses et écrits académiques,

Projection au plasma - Oxydation - Thèses et écrits académiques,

Poudres céramiques - Thèses et écrits académiques

Ce travail porte sur l'élaboration, la caractérisation structurale, la mise en forme et la mesure les propriétés de conduction ionique des oxyapatites de formulation La₉,₃₃±ₓ(SiO₄)₆O₂±₁,₅ₓ pour des applications potentielles en tant qu'électrolyte dans les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) en vue de remplacer la zircone yttriée (YSZ) utilisée jusque là. Une étude physico-chimique et thermique de formation du réactif La₂O₂CO₃ a d'abord été menée afin de maîtriser la synthèse ultérieure par voie solide de poudres d'apatites pures et de stoechiométrie variable (0 < x < 0,34). La caractérisation structurale des poudres synthétisées mais aussi de poudres pures a été réalisée. Des céramiques denses (supérieure à 99% de la densité théorique) ont été obtenues par frittage naturel après compression isostatique des poudres. La mesure de leurs propriétés électriques a permis de confirmer la nette augmentation des valeurs de conductivité ionique avec l'excès d'atomes d'oxygène au sein de la structure apatite. Cependant, les valeurs de conductivités obtenues restent insuffisantes pour une application en tant qu'électrolyte mais restent encourageantes car les grains d'apatite présentent des valeurs de conductivité de 2,55.10⁻² S/cm à 700°C supérieures à celle de YSZ. Des études de mise en forme par coulage en bande ont permis d'obtenir des matériaux massifs de haute densité (supérieure à 99% de la densité théorique). Une étude exploratoire par projection plasma de suspensions des réactifs a démontré la possibilité d'élaborer directement des couches de matériaux d'apatite.