Anode

Dans la cellule d’électrolyse à conduction protonique l’anode est au cœur du processus d’électrolyse puisqu’elle est à la fois le lieu de dissociation de la molécule d’eau pour former les défauts protoniques dans l’électrolyte et celui de la demi-réaction de formation de l’oxygène connue pour ses fortes surtensions.

Dans les études actuelles [75], les anodes sont généralement constituées d’un cermet composé du matériau d’électrolyte et de platine, seul métal à résister en température sous l’atmosphère H2O/O2. Une telle solution n’est, cependant, pas transposable industriellement et la recherche d’un matériau oxyde solide et conducteur électronique catalysant la réaction de dissociation de l’eau reste un véritable enjeu pour l’avenir de ce type d’électrolyseur. De plus, pour limiter les surtensions associées à la réaction de formation de l’oxygène, une solution utilisée dans les cellules électrochimiques à conduction anioniques, aussi bien en mode électrolyse qu’en mode SOFC, consiste à délocaliser les sites réactionnels en utilisant des matériaux oxydes conducteurs mixte ionique et électronique.

C’est sur cette problématique que s’est concentrée cette étude avec le développement d’un matériau d’anode, conducteur mixte protonique et électronique, très peu étudié à l’heure actuelle [76,77].

26

IV Bilan

L’intérêt d’une production massive d’hydrogène à faible empreinte carbone va devenir un atout majeur, non seulement pour des applications industrielles déjà pérennes telles que le craquage des hydrocarbures lourds, mais également dans la perspective du développement de l’hydrogène comme vecteur énergétique. L’électrolyse de l’eau se pose comme une solution pertinente pour la production d’hydrogène à partie de la molécule présente en plus grande majorité sur terre : l’eau ; sous réserve toutefois que l’énergie électrique utilisée pour dissocier la molécule d’eau soit elle-même à faible empreinte carbone (issue de sources primaires éolienne, solaire ou nucléaire).

La possibilité d’utiliser une source de chaleur externe à l’électrolyseur, susceptible de diminuer la part d’énergie électrique nécessaire à la dissociation de la molécule d’eau, rend de plus le couplage d’un électrolyseur de la vapeur d’eau (EVHT) avec une centrale nucléaire particulièrement intéressant [16]. Afin d’optimiser ce couplage, la température idéale de fonctionnement de l’EVHT se situerait en dessous de 600°C. Pour cette raison, ce travail s’e st orienté sur une technologie encore au stade de la recherche : l’EVHT à conduction protonique.

Actuellement, une grande partie de la recherche sur ce thème concerne les matériaux de la cellule électrochimique et plus spécifiquement les électrolytes conducteurs protoniques. Le choix des pérovskites est largement mis en avant pour ce composant. La production d’hydrogène sec à la cathode permet en outre l’utilisation de cermet à base de nickel pour cette électrode. Il reste donc un matériau, à développer, le matériau d’anode, qui n’a encore fait l’objet que de peu de recherches. Cette thèse s’est donc attachée au développement des matériaux d’anode pour l’EVHT à conduction protonique.

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