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Une façon innovante de produire de l’énergie grâce à l’impression 3D

Les piles à combustible à oxyde solide combinent les avantages d’une production d’électricité à la fois peu coûteuse et extrêmement rentable, de l’absence de maintenance liée aux pertes d’électrolyte et d’une pollution négligeable. Un projet financé par l’UE a permis de profiter au maximum de ces avantages.

Économie numérique

Le projet Cell3Ditor a développé une technologie d’impression 3D pour la production industrielle de piles à combustible à oxyde solide (SOFC pour solid oxide fuel cells) en mettant en œuvre des innovations dans l’ensemble des quatre étapes requises: formulation des encres, développement de l’imprimante 3D, renforcement des céramiques et intégration du système. Grâce à un processus comprenant deux étapes, l’une concernant l’impression et l’autre le frittage directs, l’équipe de recherche principale de l’Institut de recherche énergétique de Catalogne (Espagne) et ses partenaires ont réussi à fabriquer des SOFC avec fluidique et captage du courant intégrés. Ce projet axé sur les produits a pour objectif de réduire les coûts en termes d’énergie, de matériaux et d’assemblage, tout en simplifiant la conception, afin de faciliter leur fabrication et d’accélérer leur délai de mise sur le marché.

Minimiser les besoins de production et le gaspillage d’énergie

L’avantage le plus important offert par l’impression 3D concerne le fait qu’elle réduise la quantité de déchets et la consommation d’énergie lors de la fabrication. En ce sens, Cell3Ditor contribue à une amélioration du caractère durable des technologies de production d’énergie propre, du point de vue de la fabrication. En outre, les résultats peuvent être facilement étendus à d’autres dispositifs énergétiques à base de céramique tels que les batteries à électrolyte solide, les électrolyseurs ou les générateurs piézoélectriques. «Nous sommes parvenus à fabriquer des SOFC extrêmement performantes et reproductibles dans une usine miniature tenant sur une table, prouvant ainsi que l’impression 3D est une technologie qui permet de fabriquer des dispositifs complexes à base de céramique. Cela constitue un changement de paradigme dans le domaine de l’énergie», explique Albert Tarancón, coordinateur du projet.

L’impression 3D: une opportunité autant qu’un défi

Les processus de fabrication complexes posent quasi systématiquement des défis. Plusieurs problèmes ont été rencontrés lors de l’impression des matériaux qui impliquaient l’absorption de la lumière de polymérisation employée par l’imprimante 3D. La solution de l’équipe a consisté à introduire des modifications dans la machine utilisée pour l’impression, qui ont fini par rendre cette dernière plus robuste tout en élargissant son champ d’application. Globalement, Cell3Ditor a utilisé les techniques d’impression 3D en les adaptant aux normes spéciales des SOFC. «Notre projet a repoussé les limites de l’utilisation des technologies d’impression 3D afin de pouvoir fabriquer des dispositifs énergétiques en céramique dont la complexité ne cesse de s’accroître. Avec de nouvelles formes, de nouvelles fonctionnalités et des concepts jusqu’ici inexplorés, cela représente une direction résolument nouvelle et innovante dans le domaine de l’énergie», déclare Albert Tarancón.

Envisager l’avenir des technologies de fabrication

Le projet peut être considéré comme le point de départ de la fabrication de la prochaine génération de piles à combustible et d’électrolyseurs dans des usines de table qui nécessitent un investissement en capital réduit. Il devrait fournir aux particuliers un moyen de créer des entreprises de haute technologie dans le domaine des technologies énergétiques propres. L’équipe entend utiliser cette nouvelle technologie de production pour fabriquer la prochaine génération de piles à oxyde solide, avec des performances et une durabilité plus élevées, découlant de la mise en œuvre de nouveaux concepts encore inaccessibles pour les technologies de fabrication actuelles. Albert Tarancón conclut: «Les nouvelles caractéristiques de ces SOFC leur ouvriront de nouveaux marchés, comme par exemple ceux de la mobilité ou du transport. Ces marchés sont actuellement inaccessibles en raison des limites technologiques inhérentes, susceptibles d’être balayées grâce à la fabrication de formes complexes par impression 3D.»

Mots‑clés

Cell3Ditor, énergie, impression 3D, SOFC, fabrication, céramique, piles à combustible à oxyde solide

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