Des modèles de dégradation d'anodes dans les piles à combustible
Les piles à combustible convertissent l'énergie chimique dans les molécules en énergie électrique sans combustion. Les SFOC sont capables de convertir de nombreux combustibles, tels que le gaz naturel, le gaz de houille, le biogaz ou l'hydrogène, en électricité. Ils sont de plus très efficaces et peu onéreux en termes de matériaux. Le principal obstacle pour leur étendue sur le marché était la dégradation de l'anode et ce problème reste un défi à relever malgré les énormes progrès réalisés. Un consortium international de grande ampleur a lancé le projet ROBANODE (Understanding and minimizing anode degradation in hydrogen and natural gas fuelled SOFCs), financé par l'UE, pour mener des études approfondies de modélisation et expérimentales avec une découverte d'importance. Le consortium s’est concentré sur l'état modifié des anodes en cermet à base nickel (Ni). La pile à combustible est un matériau d'oxyde solide ou d'électrolyte céramique pris entre une anode et une cathode – les revêtements de base de l'électrolyte. Sur l'anode, le combustible s'oxyde. En plus d'une excellente efficacité et de la flexibilité du combustible, les températures de fonctionnement très élevées facilitent le réformage du combustible directement dans la pile sans besoin de réformage externe. Dans les SOFC à hydrogène, la dégradation de l'anode se caractérise d'abord par des modifications microstructurelles. Dans les SFOC à gaz naturel ou autres hydrocarbures, le dépôt de carbone et l'empoisonnement par le soufre sont les principales causes de dégradation avec des effets tant sur l'activité électrochimique que catalytique de réformage interne. Les chercheurs visent à permettre des modifications ciblées des anodes en cermet à base Ni pour tous les types de combustibles pour en modifier les propriétés comme souhaité. La campagne expérimentale étendue et les travaux théoriques du projet ROBANODE ont permis de développer deux modèles mathématiques capables de simuler les processus clés pendant la dégradation de l'anode des SOFC. Les modifications en vue d'améliorer la durabilité suggérées par le projet intéressent fortement l'industriel, en particulier en ce qui concerne le comportement prometteur de tolérance au carbone et au soufre des anodes à base Ni modifiées à l'or lors du vaporéformage riche en méthane. L'application commerciale de cette méthode de modification à poudre devrait contribuer à compenser l'augmentation des coûts due à l'utilisation d'or. Les travaux ont été diffusés largement dans de prestigieuses revues à comité de lecture et lors de conférences internationales. ROBANODE permet de mieux comprendre comment augmenter la durabilité des anodes de SFOC et ainsi leur utilisation sur un marché plus étendu de fournisseurs d'électricité à faible taux d'émissions.
Mots‑clés
Dégradation d'anodes, piles à combustible à oxyde solide, gaz naturel, électricité, hydrogène
