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Vers l'orientation de la synthèse des pérovskites pour des applications dans les SOFCS

PHC : Utique
Codes du projet : 16G1201 -- Campus N° 34962ZM
Domaine : Chimie
Intitulé : Vers l'orientation de la synthèse des pérovskites pour des applications dans les SOFCS
Porteur(s) : BEN YAHIA Mouna, BEN HASSEN Rached
Date de début : 01/01/2016
Date de fin : 31/12/2018

En vue de décrire plus précisément les structures des oxydes mixtes, et ainsi d’améliorer la compréhension des phénomènes physiques, principalement sept techniques expérimentales seront mises en oeuvre : La diffraction des rayons X, l’analyse iodométrique, la microscopie électronique a balayage, l’analyse thermique, l’analyse spectroscopique Infrarouge et Raman, la mesure de la conductivité et les mesures diélectriques. La méthode de synthèse des oxydes se fera soit par sol-gel soit par voie hydrothermale. La première technique permet par simple polymérisation de précurseurs moléculaire en solution, d’obtenir des matériaux vitreux sans passer par l’étape de fusion. Cette méthode est intéressante parce qu’elle permet de travailler à basse température cependant le produit obtenue peut présenter des impuretés. La deuxième méthode (hydrothermale) est une voie qui regroupe les procédés de réactions en milieux aqueux sous pression et à des températures généralement plus basse que la méthode sol-gel. Le mécanisme de base des réactions est la dissolution des précurseurs suivie d’une précipitation des produits. L’avantage c’est qu’elle conduit à des produits plus purs.

Objectifs

Ce projet vise essentiellement à caractériser de nouveaux matériaux d’électrodes positives pour de tels dispositifs avant de les tester sur des systèmes réels. L’Unité de Chimie de matériaux et de l’Environnement (partenaire tunisien de ce projet) s’intéresse particulièrement à la conception et la réalisation de piles à combustible de la famille de Ruddelsden Popper (type K2NiF4 et pérovskite) et est reconnue internationalement dans le domaine de la synthèse et la caractérisation physico-chimique de ce type d’oxydes.
En effet depuis une vingtaine d’année un intérêt croissant est porté aux ternaires de type-perovskites ABO3 (A et B : sites cationiques) en raison de leurs propriétés prometteuses dans le domaine de l’électronique, l’optique, le photovoltaïque et l’électrochimie,… Ces oxydes mixtes sont relativement flexibles, ils peuvent être synthétisés avec un large choix de combinaison d’éléments chimiques occupant les sites A et B. En jouant sur la nature de ces sites cationiques, ainsi que sur les sites anioniques via l’incorporation de lacunes, on peut ajuster et améliorer les propriétés de ces systèmes afin de répondre à des applications spécifiques. Dans ce type d’oxyde le site cationique A peut-être M+ (Na, K), M2 + (Ca,Sr, Ba) ou M3+(Fe, La, Gd), le site B peut être occupé par M5+(Nb, W), M4+(Ce, Zr, Ti, Sn) ou M3+(Mn, Fe, Co, Ga). La combinaison de ces différents ions conduit à des matériaux qui peuvent avoir un caractère isolant, semi-conducteur, conducteur ionique ou encore supraconducteur orientant de ce fait leurs applications technologiques vers les composantes électroniques, les capteurs, la photocatalyse, les matériaux pour électrodes.(1-17)

Résultats

L’idée est de mettre au point un plan de recherche solide, constructif et productif entre les deux partenaires. La première année sera consacrée principalement la mise au point d’un plan d’expérience. La seconde à la confrontation des résultats expériences/modélisation en vue d’une compréhension approfondie des propriétés de ces systèmes et enfin la troisième année sera consacrée aux tests de nouveaux matériaux ainsi à la valorisation des travaux de recherche

1. Première année.

1.1. Laboratoire de Chimie des Matériaux et de l’Environnement, Tunis.

- Améliorer la synthèse de ces matériaux, en particulier comprendre les DRX des composés substitués et dopés et mettre au point un plan d’expérience.
-Synthèse par différentes voies sous forme de massif et de couches minces des oxydes mixtes de strontium, étain substitués à l’indium.
-Synthèse des couches minces en sandwich par la méthode sol gel sur substrats en silice et en silicium de l’oxyde Sr2Er(Sn0,5Sb0,5)O6.
-Caractérisation structurale par DRX sur poudre cristalline et sur couche mince.

1.2. CTMM-Montpellier.

-Formation de l’étudiant à la modélisation ab initio des systèmes périodiques.
-Etudes des distorsions dans ces systèmes dopés ou substitués via une analyse locales de la liaison chimique.

2. Deuxième année.

2.1. Laboratoire de Chimie des Matériaux et de l’Environnement, Tunis.

-Extrapoler la technique de synthèse aux oxydes substitués au gallium
-Mesure des propriétés optiques
-Généraliser cette étude à d’autres dopants ou substituant, avec un choix adéquat de l’élément chimique

2.2. CTMM-Montpellier.
-Modélisation et rationalisation des propriétés optiques
-Etudes des propriétés thermodynamiques relatif au dégazage dans ces systèmes
-Généraliser cette étude à d’autres dopants ou substituant, avec un choix adéquat de l’élément chimique

3. Troisième année.

3.1. Laboratoire de Chimie des Matériaux et de l’Environnement, Tunis.
- Conception d’électrodes pour piles à combustible SOFC sous forme massif et couches minces.
-Tester ces matériaux dans les centres compétents dans les domaines appropriés

3.2. CTMM-Montpellier.

Prédire le ratio composition chimique / propriétés pour un dopant ou un substituant donné afin d’orienter les expérimentateurs

Informations supplémentaires

Institut Supérieur des sciences biologiques appliquée

Partenaire tunisien
Tunis
http://www.issbat.rnu.tn/

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Chimie des matériaux et de l'environnement (CME)


Responsable(s)
Rached BEN HASSEN - CME - Tunis - Tél :0021671573721 - Email :rached.benhassen@fss.rnu.tn

CNRS

Partenaire français
Montpellier
http://www.cnrs.fr/languedoc-roussillon/index.htm

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Institut Charles Gerhardt (ICG)


Responsable(s)
Mouna BEN YAHIA - ICG - Montpellier - Tél :0467144611 - Email :mouna.ben-yahia@univ-montp2.fr