Perte de performances des piles à combustible à oxyde solide

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 de pile à combustible à oxyde 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 à oxyde solide.

Une unité SOFC de production d'énergie doit avoir une durée de vie d'au moins 10 ans, correspondant approximativement entre 40 000 et 100 000 heures 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 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 de contact d'interface entre la cathode de la pile et l'interconnexion métallique est un facteur clé en termes d'impact sur la puissance 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 réguliers pour définir une approche avec retard sur des phénomènes à l'extrémité de l'anode 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 recouvert de nickel 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 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 en tant que SOFC ou unités répétées simples. Cependant, l'équipe de recherche 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)