Du matériau au développement de piles à combustible à oxyde solide à support métallique

Des scientifiques financés par l'UE ont mis sur le marché des piles à combustible des piles à oxyde solide à support métallique, ces dernières étant composées d'un substrat métallique poreux et de fines électrodes et de couches d'électrolytes en céramique. Les matériaux, les composants et des processus avancés conçus pour cette technologie ont été mis au point et développés en des piles grandeur nature.

Énergie

Les piles à oxyde solide (SOFC) sont des dispositifs servant à produire du courant et de la chaleur haute efficacité à partir de divers types de combustible, dont le gaz naturel et le biogaz. Le projet RAMSES(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (Robust Advanced Materials for metal Supported SOFC) a adopté un concept innovant pour aborder certains des problèmes auxquels font face les SOFC. Citons une faible efficacité du cycle due à la dilatation thermique ou des stress oxydatifs et l'empoisonnement par le chrome de la cathode. Le concept se fonde sur des piles à support métallique (MSC), qui seraient la prochaine génération de piles à combustible à oxyde solide de par leur solidité et leur rapport coût-efficacité. En effet, les MSC promettent une baisse des échecs mécaniques, étant donné que ce type de pile est intrinsèquement plus robuste d'un point de vue mécanique, et permet une baisse des coûts de fabrication en diminuant au minimum la quantité de matériaux céramiques onéreux. La baisse des coûts des composants «balance-of-plant» (équilibrage de l'installation) sera effectuée grâce à une température de fonctionnement moindre. Néanmoins, l'amélioration de leurs performances pour un fonctionnement inférieur à 700 degrés Celsius est un point clé, au même titre que leur durabilité et leur voie de fabrication. Par conséquent, le projet RAMSES financé par l'UE a été mis en place pour repousser les limites de la technologie des SOFC. L'objectif technique de RAMSES était de développer une pile SOFC à meilleure durée de vie malgré la température d'opération faible (~ 700°C). Pour ce faire, des performances élevées ont été accomplies à l'aide d'électrodes avancées à faible température et des matériaux d'électrolyte. Dans le cadre du projet, des matériaux, des composants et des processus ont été conçus pour les MSC. C'est pourquoi, un substrat à revêtement métallique a été optimisé, satisfaisant les cibles bon marché, de frittage dans une atmosphère à faible oxydation et à résistance d'oxydation. Une poudre électrolyte personnalisée a permis de faire baisser la température de frittage de 100 degrés Celsius comparé à une référence de poudre 8YSZ. Par ailleurs, une anode Ni-8YSZ modifiée ainsi qu'une cathode de nickelate a montré qu'elle atteignait des résistances à faible polarisation 0,37 et moins de 0,20 Ohm.cm² respectivement à 600° C. La mise en œuvre progressive de ces matériaux dans les MSC a conduit à de meilleures performances des MSC tubulaires. La durabilité de plus de 500 heures et 500 cycles thermiques ont été effectués avec réussite. L'entreprise commune européenne piles à combustible et hydrogène (FCH JU) et le partenariat international sur l'économie de l'hydrogène et des piles à combustibles (IPHE) avait identifié les coûts et la durabilité comme obstacles principaux pour propager l'utilisation des SOFC. Le projet RAMSES financé par la FCH-JU a donc contribué à rendre les SFOC plus solides et abordables pour une commercialisation dans un avenir proche.