Influence de la teneur en strontium sur les performances des électrodes composites Bi1.5Er0.5O3/La1-xSrxMnO3 pour SOFC basse température

National audienceLes piles à oxyde solide haute température (HT-SOFC) sont généralement composées d’une cathode composite La0.8Sr0.2MnO3 (LSM)/YSZ, d’un électrolyte à base de zircone stabilisée à l’yttrium (YSZ) et d’un cermet nickel/YSZ à l’anode. En raison de la conductivité limitée de la zircone stabilisée, des températures de fonctionnement élevées (> 700 °C) sont nécessaires pour atteindre la mobilité ionique requise. Les difficultés d’élaboration de ces dispositifs sont à l’origine des efforts développés pour abaisser la température de fonctionnement. Le remplacement d’YSZ par de l’oxyde de bismuth stabilisé à l’erbium (ESB) dans le compartiment cathodique et par de la cérine stabilisée (GDC) dans le compartiment anodique, deux matériaux présentant des conductions ioniques bien supérieures à YSZ, a permis d’obtenir des gains de performances importants, atteignant des densités de puissance de ~1 W cm-2 à 650 °C [1]. A la suite de ces travaux, plusieurs groupes ont cherché à améliorer ce type de SOFC en optimisant la microstructure ou la fabrication de la cathode mais en gardant la composition utilisée pour les piles à combustible classiques, La0.8Sr0.2MnO3 [2]. Dans ce travail, nous nous intéressons au rôle de la teneur en strontium dans La1‑xSrxMnO3 sur la résistance spécifique de surface (ASR) d’électrodes composites LSM/ESB. Les compositions x = 0.15, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8 ont été évaluées pour déterminer l’influence de la structure, des propriétés de transport électronique ou encore du rapport Mn3+/4+. En utilisant la diffraction des rayons X, l’analyse thermogravimétrique et la spectroscopie de diffusion des ions de basse énergie (LEIS), nous avons démontré que, contrairement à ce qui est observé à haute température où la ségrégation de l’oxyde de strontium à la surface des électrodes est le processus de désactivation principal, à plus basse température, c’est l’oxydation de surface de LSM qui limite la dissociation de l’oxygène. L’activité catalytique des cathodes a été évaluée par spectroscopie d’impédance sur des cellules symétriques avec un électrolyte d’ESB. Nous avons ainsi pu mettre en évidence à 500 °C, par rapport à la composition classiquement utilisée, une diminution d’un facteur 2 de la résistance spécifique de surface avec pour composition La0.6Sr0.4MnO3, plus riche en strontium [3].RemerciementsCette étude a été menée grâce au soutien du Fonds Européen de Développement Régional (FEDER), du CNRS, de l’Université de Lille, de la Région Hauts de France, du Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche et de l’Agence Nationale de la Recherche (BIBELOT ANR-18-CE05-0001)