Résumé:
Dans le domaine de la production d'énergie électrique, les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) sont depuis quelques années l'objet d'études visant à optimiser leurs performances. Le principal point à améliorer reste la trop haute température de fonctionnement, liée avant tout à la nature de l'électrolyte : à l'heure actuelle, le matériau le plus utilisé est la zircone yttriée (YSZ), dont les propriétés de conduction des ions O2- sont suffisantes aux alentours de 1000°C. La diminution de la température de fonctionnement à une température dite "intermédiaire" (600-800°C) passe donc par la recherche d'un matériau performant dans cette gamme de température. Les oxyapatites sont des candidats potentiels.
Ce travail propose dans un premier temps une revue bibliographique. Les contraintes liées aux conditions d'utilisation des SOFC sont résumées, instaurant le cahier des charges des différents matériaux la constituant. La structure cristalline des apatites est ensuite détaillée. Les différentes recherches déjà effectuées sur les propriétés de conduction ionique des oxyapatites sont répertoriées.
Dans ce travail nous avons préparé deux séries, la série non dopée et la série dopée par l’oxyde de cérium.
Pour la série non dopée l'oxyapatite choisie comme référence La9,33(SiO4)6O2 est synthétisée par voie solide puis densifiée par frittage. L'accent est particulièrement mis sur l'optimisation des protocoles de synthèse et de densification, et ce dans l'optique d'obtenir un matériau aussi pur et dense que possible. L'influence de la porosité résiduelle sur la réponse électrique est détaillée.
L'amélioration de la conductivité passant par une meilleure compréhension des mécanismes régissant la diffusion des ions O2- au sein de la structure cristalline.
Pour la deuxième série, l’étude de l'effet du dopage au cérium sur la structure et la conductivité ionique des silicates de lanthane de type apatite est présenté.
Des échantillons de composition La 9.33-xCexSi6O26 (x = 0, 0,1 et 0,2) sont synthétisés par voie solide. ils sont caractérisés par la diffraction des rayons X (XRD), la microscopie électronique à balayage (MEB) et des mesures d’impédance complexe.
L'étude montre que les échantillons, ayant une petite quantité de phases secondaires de La2SiO5 et La2Si2O7, la structure apatite ce cristallise dans le système hexagonale avec le groupe d'espace P63/m.
Les mesures d'impédance complexe ont été effectuées dans l’intervalle de température de 625 à 769 °C. Les résultats sont traités en séparant les grain aux joints de grains montrent que la conductivité ionique est remarquablement améliorée par ce type de dopage.
