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Des diagnostics pour les performances et la dégradation des piles à combustible

La maturation de la technologie de pile à combustible à oxyde solide (SOFC) constitue une opportunité pour obtenir des améliorations significatives des rendements dans la production électrique et pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Pour mettre en valeur les avantages des SOFC, des chercheurs financés par l'UE ont développé des technologies de diagnostic pour garantir le niveau requis de stabilité.

Énergie

L'obtention de taux de dégradation extrêmement faibles est une des conditions principales pour la mise sur le marché des empilements de SOFC. Alors que les applications fixes nécessitent une durée de vie des piles et des empilements d'environ 20 000 heures, les groupes auxiliaires de puissance fixes exigent plus de 40 000 heures de service. Cet objectif a été difficile à atteindre jusqu'à présent, sauf avec des conceptions très particulières. Les chercheurs ont lancé le projet DESIGN (Degradation signatures identification for stack operation diagnostics), financé par l'UE, pour identifier les signatures caractéristiques de phénomènes qui, même s'ils sont lents, ont un effet négatif à la fois sur les performances et la durabilité des empilements de SOFC sur le long terme. L'objectif final était de fournir un moyen sûr de diagnostiquer les défaillances en traitant de manière appropriée les données fournies par un petit nombre de capteurs. Avec les partenaires industriels du projet GENIUS, les chercheurs ont étudié les phénomènes insidieux qui accélèrent lentement la dégradation des empilements de SOFC. Leur point de départ était l'influence de conditions de fonctionnement dommageables sur des sous-composants de l'empilement, notamment les cellules individuelles, les unités de répétition simples et les petits empilements. Des expériences poussées ont permis de montrer que la plupart des problèmes de cellules et d'empilements sont liés aux types de matériaux utilisés et à leur qualité. Cependant, les dysfonctionnements du système jouent également un rôle clé et ils ont été classés en effets induits par des impuretés et conditions de fonctionnement déviantes. Parmi ces dernières, on peut citer le mauvais ratio oxygène-carbone et l'utilisation localement élevée de combustible. Une étude des risques et de l'exploitabilité a permis d'effectuer une évaluation systématique des dysfonctionnements des piles et leurs conséquences. À partir des résultats, les chercheurs ont développé un programme de test pour simuler la ré-oxydation de l'anode par augmentation locale de l'utilisation de combustible (l'un des phénomènes les plus dommageables et les plus fréquents) et deux autres mécanismes de dégradation. Au cours de la dernière phase du projet DESIGN, ces signatures spécifiques qui caractérisent les phénomènes de dégradation lente à l'échelle locale ont été étendues pour le diagnostic d'empilements complets pouvant contenir jusqu'à 64 piles et certains outils. De manière importante, la possibilité de reproduire les signatures identifiées a été confirmée, tout comme leur fiabilité comme base d'un outil de diagnostic pour les empilements de piles à combustible du commerce. Pour mettre en œuvre l'outil de diagnostic, des protocoles et des données de test ont été partagés dans le cadre du projet DIAMOND project, qui est la suite directe du projet DESIGN. La disponibilité de technologies de diagnostic capables de détecter les défaillances potentielles aura un impact significatif sur la durée de vie des empilements de SOFC et permettra l'adoption généralisée de cette technologie prometteuse.

Mots‑clés

Pile à combustible à oxyde solide, production d'électricité, technologie de diagnostic, signatures de dégradation, opération d'empilement

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