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Posté par Redbran le Vendredi 26/02/2016 à 12:00
Perte de performances des piles à combustible à oxyde solide

Mode de fonctionnement d'une pile SOFC. Illustration: Wikimedia Commons
De nouveaux tests dévoilent les causes de la dégradation des piles à combustible.

La durée de vie et la fiabilité sont les deux problèmes les plus critiques à résoudre pour commercialiser la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de pile à combustible (Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple l'hydrogène) couplée à la réduction sur...) à oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) solide (SOFC – Solid oxide fuel cells). Des chercheurs financés par l'UE ont révélé les mécanismes qui sont responsables de la dégradation des performances des piles à combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la...) à oxyde solide.

Une unité SOFC de production d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) doit avoir une durée de vie (La vie est le nom donné :) d'au moins 10 ans, correspondant approximativement entre 40 000 et 100 000 heures (L'heure est une unité de mesure  :) de fonctionnement. La perte graduelle et continue de performances dans le comportement de la pile à long terme doit être minimisée pour conserver des niveaux d'énergie dans des limites acceptables pendant le fonctionnement de la SOFC.

Dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) SOFC-LIFE (Solid oxide fuel cells – Integrating degradation effects into lifetime prediction models), les chercheurs ont identifié un contributeur majeur potentiel à la dégradation des SOFC. Les expériences menées ont démontré que la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec...) de contact d'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner correctement.) entre la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la borne négative du générateur extérieur dans...) de la pile et l'interconnexion métallique est un facteur clé en termes d'impact sur la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de sortie des SOFC.

Pour arriver à cette conclusion, l'équipe a démonté le bloc SOFC en éléments et interfaces isolés exposés à des conditions classiques de l'exploitation des systèmes SOFC. Ces éléments ont été évalués à des intervalles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réguliers pour définir une approche avec retard sur des phénomènes à l'extrémité de l'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se...) et de la cathode.

Les chercheurs se sont ensuite concentrés sur quatre mécanismes clé qui peuvent augmenter la résistance électrique de la pile SOFC. Il s'agissait de changements morphologiques au niveau de la microstructure d'anode avec le temps, la corrosion de l'acier inoxydable (Les aciers inoxydables jouent un grand rôle dans d'innombrables domaines : vie quotidienne, industrie mécanique, agroalimentaire, chimie, transports, médecine, chirurgie, etc. Ce sont des aciers, alliages de fer et de...) recouvert de nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) sur diverses pièces métalliques, la stabilité des électrocatalyseurs de cathode et les processus à l'interface entre la cathode et l'interconnexion métallique.

Seule la dernière s'est avérée ne pas avoir un impact négligeable sur la puissance de sortie des SOFC. En particulier, les scientifiques ont observé que la résistance de contact entre la cathode et l'interconnexion augmente de manière significative avec le temps.

Outre les tests expérimentaux, les scientifiques ont développé des modèles de haut niveau permettant de prévoir les phénomènes de dégradation simples et leurs effets combinés sur les SOFC et les unités répétées simples pour une plus grande longévité (La longévité d'un être vivant est la durée de vie pour laquelle il est biologiquement programmé, dans des conditions idéales et en l'absence de maladie ou...) des SOFC.

Jusqu'à maintenant, les recherches ne sont pas vraiment parvenues à lier les phénomènes de dégradation dans les éléments et les interfaces isolés avec les unités à plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur. Le terme « grande...) en tant que SOFC ou unités répétées simples. Cependant, l'équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) SOFC-LIEF a contribué à cela de manière significative grâce à son remarquable travail expérimental et théorique.

Pour plus d'information voir:
- Projet SOFC-LIEF
- Final Report Summary - SOFC-LIFE (Solid Oxide Fuel Cells – Integrating Degradation Effects into Lifetime Prediction Models)

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Source: CORDIS-Europa