De l'importance des matériaux conducteurs de protons
Parmi les matériaux conducteurs de protons potentiels pour les SOFC, les composés à base de zirconate de baryum ont soulevé une attention notable. En effet, ils présentent une excellente stabilité chimique ainsi qu'une conductivité élevée, notamment dans la plage des températures intermédiaires convenant à un fonctionnement efficace des SOFC. Cependant, des questions fondamentales restent sans réponse concernant les mécanismes macroscopiques de transport des protons. Même pour les systèmes les plus simples, on ne comprend toujours pas la conductivité des protons, dont la description est compliquée par l'effet des atomes dopants, la chimie locale et la structure. Pour cette raison, le projet PROTONICS (Mechanistic aspects of protons in hard materials for clean energy applications), financé par l'UE, avait pour objectif d'améliorer la compréhension du comportement des protons dans les conducteurs de protons les plus prometteurs à base de zirconate de baryum. Pour cela, diverses techniques expérimentales ont été utilisées comme la diffusion de neutrons, la spectroscopie optique et la spectroscopie par luminescence. Parmi les études menées, on peut par exemple citer la mesure des spectres de luminescence et des courbes de décroissance pour des échantillons hydratés de zirconate de baryum dopé à l'yttrium, qui a fourni des informations sur la structure locale importante de ces matériaux. Les chercheurs du projet ont également étudié la dynamique des protons à l'aide de techniques de diffusion de neutrons. Ils ont par ailleurs associé les résultats des divers types d'études afin de dresser un tableau plus détaillé du mécanisme de conduction des protons. Ces connaissances sont essentielles pour développer de nouveaux oxydes conducteurs de protons avec des conductivités supérieures à celles obtenues jusqu'à aujourd'hui. Elles seront également essentielles pour les futures avancées en matière de développement d'une nouvelle génération de SOFC à oxydes conducteurs de protons respectueuses de l'environnement Récemment, la structure à courte portée et le mécanisme de déshydratation de l'oxyde conducteur de proton Ba2In2O5 ont été élucidés, ce qui constitue une avancée scientifique essentielle. Ces résultats, obtenus en combinant diffusion de protons et spectroscopie vibrationnelle, ont été publiés dans deux articles. Un autre résultat important a été l'observation des mouvements rotationnels des ions SiH3- pyramidaux dans les deux matériaux silanides KSiH3 et RbSiH3, par diffusion de neutrons quasi-élastique.
Mots‑clés
Matériaux conducteurs de protons, piles à combustible à oxyde solide, SOFC, zirconate de baryum, PROTONICS, diffusion de neutrons
