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Automated mass-manufacturing and quality assurance of Solid Oxide Fuel Cell stacks

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L’automatisation pour réduire le coût de la technologie des piles à combustible

Le composant le plus coûteux d’un système de piles à combustible à oxyde solide (SOFC) est l’empilement des piles à combustible. Les chercheurs de l’UE ont mis au point un nouveau procédé de fabrication à grande échelle des piles qui améliore le contrôle de la qualité et réduit les coûts.

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Les SOFC comptent parmi les technologies d’énergie renouvelable les plus prometteuses pour réduire les émissions d’oxydes de carbone, de soufre et d’azote. Toutefois, une seule pile ne produit que quelques dizaines de watts d’électricité. La solution consiste à empiler les cellules pour obtenir une plus grande puissance, comme dans le cas des batteries d’un bloc de batteries. En termes de fabrication de masse, la technologie des piles à combustible en est encore à un stade relativement précoce. Certaines technologies de piles à combustible n’ont que très récemment atteint un niveau de maturité suffisant pour permettre le lancement d’une production importante. Cependant, malgré les progrès considérables réalisés au cours de la dernière décennie dans la technologie des SOFC, le coût constitue toujours le plus grand obstacle à une acceptation plus large. Les investissements actuels dans les systèmes SOFC de pointe se concentrent sur la réduction du coût des empilements de SOFC et l’amélioration de la qualité. Cela serait rendu possible en remplaçant le travail manuel par des procédures automatisées dans toutes les parties clés des processus de fabrication et d’assurance de la qualité des empilements.

L’inspection de la qualité est primordiale

Le projet qSOFC, financé par l’UE, a relevé ce défi en développant une automatisation et une assurance de la qualité de la production d’empilements de SOFC. «Cela permettra de produire des empilements de SOFC nettement moins chers et de meilleure qualité, ce qui stimulera le déploiement de cette technologie sur le marché», déclare Markus Rautanen, coordinateur du projet. Les chercheurs ont optimisé les étapes clés de la fabrication des piles et de l’assurance de la qualité en développant et en testant un processus de fabrication à haute cadence des piles. «Il comprenait un système automatisé d’inspection par vision industrielle en 3D (MVIS) permettant de détecter les défauts lors de la fabrication des piles», explique Markus Rautanen. Les partenaires du projet ont conçu et construit un nouveau système d’inspection par vision artificielle capable d’inspecter entièrement une pile à combustible en 10 secondes, détectant des défauts d’une taille aussi réduite que 10 μm. «Nous avons également développé la matrice de test pour l’application d’un outil d’analyse avancé connu sous le nom de distribution des temps de relaxation (DRT) permettant d’évaluer et de quantifier la performance des piles, des empilements et des composants d’empilement», fait remarquer Markus Rautanen.

Un leader mondial

La DRT est un outil analytique qui permet d’interpréter les données issues de la spectroscopie d’impédance électrochimique et qui est capable de distinguer et de qualifier chaque processus électrochimique. Selon Markus Rautanen: «La DRT peut examiner la qualité et l’homogénéité d’un lot de piles donné et identifier toute anomalie ou besoin d’amélioration spécifique de manière plus rapide et plus approfondie que les méthodes traditionnelles.» Cela permet aux fabricants de piles d’effectuer un contrôle de la qualité des lots de piles afin d’évaluer la cohérence de la réponse électrochimique et de générer un ensemble de données statistiquement pertinentes de contrôle de la qualité. Cet ensemble de données est utilisé pour évaluer l’impact des modifications sur le processus de fabrication. Il s’agit notamment de changements dans la source et la typologie des matières premières et d’améliorations de l’architecture des piles, analogues à celles déjà bien établies dans d’autres domaines qui impliquent une fabrication de masse. En mettant au point des procédures de fabrication et d’assurance de la qualité adaptées à la production de masse d’empilements et de composants d’empilement, tels que les piles à combustible individuelles, qSOFC a renforcé la position de l’Europe en tant que leader dans le domaine des technologies des piles à combustible et à hydrogène. «Ces technologies promettent d’apporter un avenir plus durable et de nouvelles opportunités commerciales aux sociétés de l’UE et d’accroître la compétitivité de l’industrie européenne dans le domaine des piles à combustible, tout en profitant à la société dans son ensemble», conclut Markus Rautanen.

Mots‑clés

qSOFC, empilement, fabrication, SOFC, assurance qualité pour SOFC, MVIS, DRT, pile à combustible à oxyde solide, système d’inspection par vision industrielle, distribution des temps de relaxation

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