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Les céramiques oxydes nanostructurées :Matériaux d'avenir pour les piles à combustible ? – NANOMAT-SOFC

Résumé de soumission

Ce projet concerne l'étude de nouveaux matériaux nanostructurés pour applications au sein de piles à combustible de type oxyde solide (SOFC). Le principal objectif est d'abaisser la température de fonctionnement de ces dernières, en y incorporant des nanomatériaux présentant de hautes performances en termes de propriétés de transport. Nous développerons et étudierons en parallèle des matériaux pour électrolytes (denses et nanocristallisés) et des matériaux d'électrodes (poreux nanostructurés). Le but du projet est tout d'abord d'optimiser les propriétés des matériaux suivant leur fonction au sein du cœur de pile électrode ou électrolyte - en contrôlant leur nanostructure à l'aide de méthodes d'élaboration innovantes. La première nommée frittage flash ou Spark Plasma Sintering a été mise en place récemment au niveau français, sur la plateforme du frittage flash à Toulouse, avec laquelle nous menons une collaboration. Cette méthode devrait permettre d'obtenir des céramiques denses nanocristallisées, dont la forte densité de joints de grains - chemins de diffusion privilégiés - laisse espérer une conduction ionique améliorée et donc une utilisation avantageuse comme matériaux d'électrolytes. Une deuxième méthode, l'auto-organisation induite par évaporation, ayant fait l'objet de publications de très haut niveau, a été développée par une des équipes impliquées (LCMC) et permet d'obtenir des oxydes métalliques mésoporeux nano-organisés. De par leur haute surface spécifique, combinée à la remarquable propriété de présenter un réseau percolant de matière mais aussi de pores, avec une haute connectivité des grains et pores, ces matériaux devraient présenter des propriétés d'électrodes remarquables. Une fois élaborés, ces matériaux seront caractérisés à l'aide de techniques pointues permettant de décrire la structure/morphologie et chimie du matériau à l'échelle nanométrique. Parmi les méthodes originales envisagées, nous développerons l'Ellipsométrie Porosimétrique et des analyses SAXS-2D permettant d'accéder aux évolutions de réseaux mésoporeux en fonction de la température et de l'atmosphère utilisée ainsi que de suivre leur vieillissement. Nous étudierons ensuite leurs propriétés de transport à l'équilibre thermodynamique et dans les conditions d'utilisation (i.e. hors équilibre thermodynamique). Pour ce faire, nous développerons un banc de mesures de transport à haute température, permettant de suivre in situ le comportement des matériaux étudiés, et dans les conditions normales de fonctionnement d'une pile à combustible. Ce point est une partie essentielle de ce projet puisqu'il s'agit de voir dans quelle mesure l'augmentation des performances dues à la nanostructuration peut être maintenue lors de l'utilisation de la pile i.e. si la baisse de la température de fonctionnement induite par l'amélioration des performances est suffisante pour que ces matériaux nanostructurés intrinsèquement instables - maintiennent leurs propriétés dans le temps.

Coordination du projet

Guilhem DEZANNEAU (Organisme de recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 149 999 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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