Confrontation modèles/expériences des échanges à la surface d’un conducteur mixte (MIEC) avec l’atmosphère ambiante

Autor: Gazeau, Camille, Blond, Eric, Reichmann, Mickaël, Geffroy, Pierre-Marie, Chartier, Thierry, Richet, Nicolas
Přispěvatelé: Gazeau, Camille, Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes, Mécanique et Energétique (PRISME), Université d'Orléans (UO)-Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Bourges (ENSI Bourges), Axe 1 : procédés céramiques, Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS), Université de Limoges (UNILIM)-Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle (ENSCI)-Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Limoges (UNILIM)-Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle (ENSCI)-Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Recherche Claude Delorme [Jouy-en-Josas] (CRCD), Air Liquide [Siège Social], Groupement Français de la Céramique
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2013
Předmět:
Zdroj: GFC Journées Annuelles 2013
GFC Journées Annuelles 2013, Mar 2013, Orléans, France
Popis: National audience; Les membranes séparatrices de l’oxygène de l’air à haute température sont réalisées en céramiques denses à base de conducteurs mixtes ioniques et électroniques (MIECs). Ces matériaux ont la propriété de se laisser traverser uniquement par l’oxygène par différents processus de transport sélectif. Ces processus sont de type diffusion lacunaire en volume et échanges entre l’atmosphère et la membrane en surface. La diffusion volumique des anions d’oxygène est décrite par la théorie de Wagner [1]. Les échanges de surface comprennent les phénomènes d’adsorption/désorption, de dissociation/association et d’incorporation/expulsion dans la membrane. Suivant les dimensions et la composition de la membrane, le phénomène dominant en régime permanent peut être la diffusion en volume, les échanges de surface ou aucun [2]. Cependant, en régime transitoire aucun des phénomènes ne peut être considéré comme dominant. Ainsi les échanges de surface ne peuvent être négligés lors de la modélisation du transport de l’oxygène à travers la membrane. Dans la littérature les modèles d’échanges de surface peuvent être classés en deux grandes familles : la première correspond à une extension de la théorie de Wagner en surface [2] et la seconde correspond à une approche réactionnelle par loi cinétique [3-5]. Toutefois, aucun modèle d’échanges de surface proposé dans la littérature ne fait consensus.Différentes expérimentations ont été développées pour étudier les échanges de surface et identifier les paramètres de la diffusion volumique. Les trois principales mesures effectuées sont celles par échange isotopique 16O-18O (SIMS) [6], celles par conductivité électronique [7] et celles de flux de semi-perméation d’un réacteur membranaire [8]. Cependant pour chacune de ces mesures, les conditions expérimentales sont différentes, ainsi les coefficients identifiés pour un type de mesure ne peuvent pas être comparés directement avec ceux d’un autre type de mesure [9]. Dans ce poster, une étude comparative illustre les limites de chaque modèle d’échanges de surface à l’aide des différentes mesures, notamment celles réalisées par Geffroy et al. [8,10]. Finalement, aucun modèle d’échanges de surface proposé dans la littérature ne permet de reproduire correctement le transport de l’oxygène en régime transitoire.Références[1] C. Wagner, Equations for transport in solid oxides and sulfides of transition metals, Prog. Solid State Ch., (10), 3-16, 1975.[2] H.J.M. Bouwmeester et al, Importance of the surface exchange kinetics as rate limiting step in oxygen permeation through mixed-conducting oxides, Solid States Ionics, (72), 185-194, 1994.[3] S. J. Xu et al, Oxygen permeation rates through ion-conducting perovskite membranes, Chem. Eng. Sci., (54), 3839-3850, 1999.[4] S. Kim et al, Oxygen surface exchange in mixed ionic electronic conductor membranes, Solid State Ionics, (121), 31-36, 1999.[5] S.B. Adler et al, Mechanisms and rate laws for oxygen exchange on mixed-conducting oxide surfaces, J. Catal., (245), 91-109, 2007.[6] R. J. Chater et al, Development of a novel SIMS technique for oxygen self-diffusion and surface exchange coefficient measurements in oxides of high diffusivity, Solid State Ionics, (53-56), 89-97, 1992.[7] I. Yasuda et al, Electrical conductivity and chemical diffusion coefficient of Sr-doped lanthanum chromites, Solid State Ionics, (80), 141-150, 1995.[8] P.M. Geffroy et al, Influence of oxygen surface exchanges on oxygen semi-permeation through La(1-x)SrxFe(1-y)GayO3-δ dense membrane, J. Electrochem. Soc., (158), 1-9, 2011.[9] J. Maier, On the correlation of mascroscopic and microscopic rate constants in solid state chemistry, Solid State Ionics, (112), 197-228, 1998.[10] P.M. Geffroy et al, The impact of experimental factors on oxygen semi-permeation measurements, J. Electrochem. Soc., (160), F1-F9, 2013.
Databáze: OpenAIRE
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