Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
Les conducteurs par ions oxyde possèdent de nombreuses applications (piles à combustible, séparation électrochimique de l'oxygène, capteurs) qui reposent sur la migration des ions à travers le matériau. C'est la présence de défauts qui est responsable des propriétés. La compréhension des mécanismes de diffusion de l'oxygène s'appuie sur une bonne connaissance de la structure et des paramètres de transport de l'oxygène, sur la base de caractérisations expérimentales et d'études de modélisation.
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Ionic oxide ion conductors have many applications (fuel cells, electrochemical separation of oxygen from air, sensors), based on ionic migration through the material. It is the presence of defects that is responsible for their properties. Understanding the mechanisms of diffusion of oxygen comes from thorough knowledge of the structure and parameters of oxygen transport through experimental characterization techniques and modeling studies
Auteur(s)
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Aurélie ROLLE : Maître de conférences - Unité de catalyse et de chimie du solide, Équipe chimie du solide, UMR CNRS 8181, Villeneuve d'Ascq, France
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Vincent THORETON : Doctorant - Unité de catalyse et de chimie du solide, Équipe chimie du solide, UMR CNRS 8181, Villeneuve d'Ascq, France
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Caroline PIROVANO : Maître de conférences - Unité de catalyse et de chimie du solide, Équipe chimie du solide, UMR CNRS 8181, Villeneuve d'Ascq, France
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Olivier LAFON : Professeur des universités - Unité de catalyse et de chimie du solide, Équipe chimie du solide, UMR CNRS 8181, Villeneuve d'Ascq, France
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Rose-Noëlle VANNIER : Professeur des universités - Unité de catalyse et de chimie du solide, Équipe chimie du solide, UMR CNRS 8181, Villeneuve d'Ascq, France
INTRODUCTION
Les conducteurs ioniques par ions oxyde O2– possèdent de nombreuses applications, comme matériaux d'électrolyte pour piles à combustible à oxyde solide (système électrochimique permettant la production d'énergie), comme membrane pour la séparation électrochimique de l'oxygène de l'air (permettant la production de dioxygène de haute pureté) ou comme membrane dans des capteurs à gaz (par exemple les jauges à oxygène permettant de quantifier la quantité d'oxygène dans un milieu). Ces applications reposent sur la migration des ions oxyde à travers la structure du matériau lui-même, les propriétés étant directement liées à l'existence de défauts atomiques (atomes d'oxygène interstitiels, lacunes d'oxygène...).
Dans le cadre de la recherche de nouveaux matériaux conducteurs ioniques et de la compréhension des mécanismes de transport de l'oxygène, une bonne connaissance des matériaux, de leur structure et de leurs propriétés est primordiale. Après une définition de la conduction ionique dans les solides et des applications, cet article a pour but de dresser une revue des principales techniques de caractérisations utilisées pour l'étude des conducteurs par ions oxyde. Il sera également fait référence à la modélisation atomique, qui repose sur des modèles simples, mais suffisants pour aider à la compréhension des mécanismes de transport dans ces matériaux.
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KEYWORDS
energy | materials | solid state chemistry | characterisation techniques
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Paramètres de transport de l'oxygène dans les conducteurs par ions oxyde
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2. Apport de la spectroscopie d'impédance pour l'étude de ces dispositifs
2.1 Principe de la spectroscopie d'impédance
Une technique de choix pour mesurer la conductivité électrique d'un matériau céramique est la spectroscopie d'impédance complexe [P 2 210]. Cette technique est basée sur la caractérisation de la réponse d'un échantillon à une tension alternative sinusoïdale de fréquence variable. Les propriétés électriques d'un matériau sont dues à la conduction et aux propriétés diélectriques. Les conducteurs par ions oxyde peuvent être décrits pour les cas les plus simples comme l'association en parallèle d'une résistance intrinsèque R (en Ω) et d'une capacité C (en F) (figure 6).
Pour un tel circuit, on peut écrire :
( 20 )
L'impédance équivalente Z caractéristique de l'échantillon est donc :
( 21 )
avec ω = 2πf, f fréquence.
On remarque que (Z′)2 + (Z″)2 = R Z′. Cette relation est aussi équivalente à :
( 22 )
Dans le plan complexe, cette équation correspond à l'équation d'un cercle centré en
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WARBUG (E.), TEGETMEIER (F.) - Über die elektrolytische leitung der Berkrystalls. - Wiedemann Ann. Phys., 32, p. 455 (1888).
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(2) - HABER (F.), TOLLOCZKO (St.) - Über die reduktion der gebundenen, festen kohlensäure zu kohlenstoff und über elektrochemische veränderungen bei festen stoffen. - Zeitschrift für anorganische Chemie, 41, p. 407-441 (1904).
-
(3) - NERNST (W.H.) - Über die elektrolytische leitung fester körper bei sehr höhen temperaturen. - Zeitschrift für Elektrochemie, 6, p. 41-43 (1899).
-
(4) - SMART (L.), MOORE (E.) - Introduction à la chimie du solide. - ISBN : 2-225-85621-4, 357 p., Masson (1997).
-
(5) - MARUCCO (J.-F.) - Chimie des solides. - ISBN : 2-866883-673-9, EDP Sciences, 565 p. (2004).
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(6) - IVERS-TIFFE...
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