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Nouveaux oxydes et oxyfluorures de métaux de transition : synthèses, cractérisations et applications potentielles comme matériaux de cathodes pour SOFC

/ Daviero Sylvie / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 2010
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Dans le cadre de la quête de nouveaux matériaux en vue d’applications spécifiques, notamment en tant qu’électrodes pour piles à combustible à oxydes solides (SOFC), nous avons recherché de nouveaux oxydes ou oxyfluorures contenant un métal de transition à valence mixte et/ou à des degrés d'oxydation inusuels. La présence de sous couches d incomplètes sur l'élément de transition et la coexistence d’un même, ou de différents éléments de transition à divers degrés d’oxydation, confère souvent à ces matériaux des propriétés physiques remarquables : semi-conductivité, conductivité métallique, conductivité ionique, supraconductivité ou encore magnétique… Dans tous les cas, la stabilisation difficile de ces composés passe souvent par des voies de synthèses qui s’éloignent des conditions d’équilibre rencontrées dans les synthèses solides-solides classiques. Pour les atteindre, il est donc nécessaire de trouver des chemins réactionnels plus complexes en modifiant les réactivités. Pour cela, il est possible de déplacer les équilibres en agissant sur les Pressions, Température… ou les milieux (solubilité…). Nous avons donc diversifié les modes de synthèses (solide-solide, sous pression, atmosphère contrôlée, sels fondus, hydrothermale …) pour étudier différents systèmes à base de strontium ou baryum associés à un élément de transition tel que le ruthénium, le fer, le cobalt, le nickel ou le manganèse…. Nous avons pu mettre en évidence et caractériser de nouveaux composés que nous présentons ici. Certains comme Sr4PbPt4O11 présentent des structures totalement originales, mais un grand nombre d’entre eux peuvent être considérés comme dérivés de la famille des pérovskites hexagonales. Certains de ces matériaux, comme Ba2Co9O14, présentent des propriétés de conduction électronique, associées à la présence de lacunes d’oxygène qui induisent aussi une possible conduction ionique. Cette conduction mixte iono-électronique (MIEC) en fait de bons candidats pour les applications matériaux de cathode pour SOFC et nous avons réalisé leurs caractérisations électrochimiques en ce sens. Ces matériaux montrent un comportement très prometteur et leur étude est détaillé dans ce rapport.

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