Effet du dopage par éléments cationiques sur la formation de phase d’un matériau d’électrode pour les piles à combustible à oxyde solide

Abstract

Dans ce mémoire, nous avons mis l’accent sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux composés d’oxydes pour piles à combustible à oxyde solide. Les matériaux de cathode de type pérovskite Sr0,9Zn0,1Fe1- xYxO3 et Sr0,9Zn0,1Fe1-x ZrxO3 avec x égal à 0, 0.05 et 0.1 ont été élaborés par la réaction à l’état solide. Les matériaux d’électrolyte de type fluorine Ce0,85Y0,15-xMxO2-δ ont été élaborés par la méthode sol-gel, où M représente : Mg, Ca, Sr et Ba, avec x égal à 0 et 0,02. Les échantillons ont été caractérisés par la diffraction des rayons X (DRX), le microscope électronique à balayage (MEB) et l’analyse par énergie dispersive (EDAX). Les résultats de DRX de la série de cathode ont attesté sur une présence majoritaire de la phase principale SrFeO3 et quelques traces de phases secondaires. La fraction volumique la plus élevée de notre phase est de 96 % enregistrait pour un dopage en Y3+ de 0.05. Cependant, le dopage par Zr4+ a favorisé la formation des phases secondaires accompagné par une diminution de la phase principale. Le dopage par Zr4+ a fait passer la structure d’un système tétragonale (I4/m mm) à orthorhombique (Cmmm). Les micrographies MEB ont montré que le dopage par l’yttrium et le zirconium a amélioré la morphologie de surface et la formation de petits grains de taille nanométrique. La deuxième série d’électrolyte Ce0.85Y0.15- xMxO2-δ de structure fluorine est dopée par différent éléments alcalino-terreux avec M : Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ et x = 0, 0.02 et est élaborée par la méthode sol-gel. Les diagrammes de DRX sont affinés et indexés dans le système cubique de groupe d’espace Fm3̅ m. Les tailles micrométriques observées par MEB des échantillons dopés en Mg2+ ont été moins compactes que celles en Ba2+. Les mesures de la densité relative D% à partir des résultats de DRX ont montré l’effet de la température et du dopage par Ca2+ et Ba2+ sur l’amélioration de D%. L’étude de la réactivité chimique a montré une stabilité chimique entre les matériaux de cathode dopés avec 0.05 de Y3+ et Zr4+ et les matériaux d’électrolytes. Ce résultat nous a permis en premier lieu de réaliser un dépôt d’une couche interfaciale très mince d’un mélange de cathode/électrolyte sur des pastilles d’électrolyte à travers la technique de spray pyrolyse. Ensuite, les demi-piles ont été réalisées par le dépôt d’une poudre de cathode Sr0.9Zn0.1Fe0.95Y0.05O3 sur les deux surfaces des pastilles d’électrolytes par la spin coating.