Personnaliser les couches minces d'oxydes pour les piles à combustible
Le fait de diminuer la température de fonctionnement des piles à combustible à oxyde solide (SOFC) réduirait la dégradation des matériaux ainsi que le coût global. La difficulté est de trouver des matériaux qui se comporteront bien à une température inférieure tout en améliorant les électrodes et l'électrolyte. Parmi les matériaux de cathode les plus prometteurs, on trouve ceux qui conduisent à la fois les ions et les électrons: les MIEC (mixed ionic and electronic conductors). Un nouveau projet, financé par l'UE, a étudié pour la première fois des céramiques MIEC à l'aide de nouvelles techniques expérimentales, afin d'en tester la structure et la fonction. Le projet ENGINEERED OXIDES («Design of new engineered oxide thin films with tailored properties») a découvert de nouveaux mécanismes de diffusion et d'échange de l'oxygène. L'étude de céramiques MIEC a révélé des propriétés hétérogènes de transport des ions et des électrons, qui varient en fonction de la localisation. Les scientifiques ont étudié des monocristaux et des couches épitaxiales pour comprendre ces propriétés anisotropes. Grâce à de nouvelles techniques de mesure, ils ont observé pour la première fois une diffusion anisotrope de l'oxygène dans certains matériaux de cathode prometteurs (double perovskites). Ces travaux sans précédent ont analysé l'impact de la température de la structure atomique en surface ainsi que la reconstruction et la relaxation de monocristaux. Les chercheurs ont corrélé les modèles structurels avec les données expérimentales concernant les profils de la couche superficielle et des couches sous-jacentes, obtenus par d'autres techniques sophistiquées. Les chercheurs ont effectué des mesures révolutionnaires des propriétés de diffusion et d'échange d'oxygène à la surface pour des films complexes faits de couches de compositions différentes selon la résolution spatiale. Ces travaux ont apporté d'importantes informations et démontré tout l'intérêt d'examiner une large gamme de compositions au cours d'une même expérience de dépôt en couche mince. Le projet a conduit bien d'autres études totalement nouvelles dans la science des surfaces pour plusieurs matériaux de cathode, à l'état de couche mince ou de monocristal. Les connaissances acquises et les méthodologies mises au point durant le projet ENGINEERED OXIDES posent les bases pour développer les piles à combustible à oxyde solide de demain, plus performantes et plus économiques. Tout ceci devrait améliorer les performances de nombreux autres dispositifs électrochimiques de conversion d'énergie. Les scientifiques ont ainsi apporté une contribution majeure à l'avancement des plans de l'UE en matière d'énergie verte.
