Developing new oxides as stable and performant oxygen electrodes for high temperature water electrolysis devices

Le dihydrogène, plus communément appelé hydrogène, est utilisé comme réactif chimique dans de nombreux secteurs industriels. L’électrolyse de l’eau permet de produire de l’hydrogène dit vert émettant peu de CO2, cependant sa production est encore très couteuse car les technologies sont peu matures. Lorsqu’elle est opérée à haute température (700-800°C), l’électrolyse offre un rendement élevé, mais le principal défi est d’améliorer la durée de vie des cellules, notamment en limitant la réactivité entre les différents composants.Par le passé, de nombreux travaux ont étés réalisé à l’ICMCB sur des matériaux pour électrode à oxygène, principalement des nickelates de structure type Ruddlesden-Popper. Pr4Ni3O10±δ, PrNiO3-δ et La1.5Pr0.5NiO4±δ ont été identifiés comme très prometteurs pour cette application. Ces derniers furent étudiés au travers de ce doctorat ainsi que les composés n = 2 La3-xPrxNi2O7±δ jusqu’à présent non reportés dans la littérature.La synthèse et la caractérisation structurale des oxydes ont été étudiées, ainsi que leur stabilité chimique, seuls ou en présence du matériau de couche dit barrière (positionné entre l’électrode et l’électrolyte). Des cellules symétriques furent préparées afin de caractériser les performances électrochimiques des électrodes. Deux voies de frittages furent étudiées : un co-frittage de la couche barrière et de l’électrode et un frittage séparé de chacune des couches. Le frittage et l’épaisseur des électrodes furent optimisés. Une étude en cellule complète fut réalisée afin d’extraire les performances initiales ainsi qu’après vieillissement à 800 °C en mode électrolyse. Des analyses post-mortem furent conduites en utilisant la diffraction des rayons-X et du MEB-EDX. En outre, Ce0.7Pr0.3O2-δ a été étudié en tant que matériau de couche barrière alternatif. Ce matériau conducteur mixte électronique et ionique sous pO2 ~ 0.2 est connu pour améliorer les performances électrochimiques de la cellule via une interface plus performante et la possibilité d’ouvrir de nouveaux chemins réactionnels.