Etude des propriétés électrochimiquesde nouveaux matériaux de cathode à basse et à haute températures

Abstract

L'objectif de cette thèse était de développer à la fois la technologie des piles zinc-air et des piles à combustible à oxyde solide (SOFC) en améliorant la cinétique de la réaction de réduction d’oxygène (RRO) au niveau des matériaux de cathode. Dans cette optique, notre travail a tenté de trouver de nouveaux matériaux tel que, les oxydes de types A2BO4 à conduction mixte (ionique et électronique, MIEC) et qui sont sélectionnés comme matériaux d’études dans cette thèse. Le procédé citrate-nitrate est utilisé pour la synthèse des matériaux de cathode. La caractérisation physico-chimique, structurelle et de la surface ont été effectuées par DRX et la spectroscopie de l’XPS. La morphologie des matériaux a été suivie par MEB. La conductivité électrique et la sur-stœchiométrie en oxygènent ont été évalué par la méthode des quatre points et le titrage iodométrique, respectivement. Une grande attention est donnée à l’étude des propriétés électrochimiques. Une étude approfondie de la cinétique de la RRO en milieu alcalin par la voltampérométrie cyclique, la volampérométrie linéaire et la spectroscopie d’impédance a montré que l’électrocatalyseur La1.5Nd0.3Pr0.2 NiO4,16/C présente les meilleures performances électrocatalytiques par rapport au platine, ce qui confirme que ce dernier est un bon catalyseur à la réaction de réduction de l’oxygène (RRO) en milieu alcalin et donc un candidat prometteur comme cathodes potentiellement utilisables dans la technologie de la pile zinc-air. Les études électrochimiques réalisées à haut température sur les cellules symétriques (couche interfaciale /électrolyte/couche interfaciale) et (cathode/couche interfaciale /électrolyte/couche interfaciale/ cathode) montrent l'intérêt des cellules architecturées constituées d'une couche d'interface à base de cérine et de zircon de composition ((50 % (8YSZ) + 50 % (CGO)), où cette dernière a permis de minimiser la réactivité chimique et d’augmenter de manière significative les propriétés mécaniques et électrochimiques de l’électrode à oxygène à haute température.