15/07/2014 - Piles à combustible à oxyde solide, une alternative à l'étude

Menéame

Un groupe de chercheurs de Département des mines et de la pétrologie de la UPV/EHU a étudié l’utilisation d’un type de matériel, les pérovskites, pour la conception de piles à combustible. Les piles à combustible sont semblables aux batteries, à la différence que les principaux réactifs consommés sont de l’hydrogène et de l’oxygène, qui doivent être réapprovisionnés en continu.

Ce type d’énergie est classé comme propre, "dans son processus de conversion d’énergie, il n’émet pas de gaz à effet de serre (GES) " comme l’indique le médecin. Karmele Vidal, chargée de recherche Groupe IMaCris/MaKrisI de l’UPV/EHU, car "après le processus de production d’électricité, il se produit, comme déchets, chaleur et eau."

Cette équipe de recherche a travaillé sur un type particulier de piles à combustible: Cellules à combustible à oxyde solide o SOFCs (en anglais), fonctionnant à haute température, utilisant des matériaux de type perovskita pour la conception de certains composants de la pile de combustible, qui est un minéral relativement rare dans l’écorce terrestre, et la dénomination s’est étendue à un groupe plus général de cristaux qui adoptent la même structure.

Cellules de combustible à oxyde solide

Comme l’indique son nom, dans les piles à combustible à cellules à oxyde solide, son embrayage conducteur d’ions est solide, ce qui présente plusieurs avantages par rapport à d’autres types de cellules, comme Karmele Vidal l’explique: "Les matériaux sont relativement bon marché, leur sensibilité aux impuretés du combustible est faible, et leur efficacité et leur puissance sont élevées. En outre, étant donné que les composants sont solides, leur configuration est beaucoup plus polyvalente, car ils peuvent être manipulés." En revanche, la chercheuse souligne que "en travaillant à haute température, on utilise des matériaux plus coûteux."

"De nombreuses recherches montrent que l’amélioration du contact entre l’interconnecteur et le tératomère est l’un des principaux défis pour la production des piles SOFC," souligne Vidal. Cette production nécessite l’utilisation de nouveaux matériaux qui améliorent l’adhérence entre les composants sans réduire la capacité de la cellule. Les matériaux utilisés comme couche de contact entre l’interconnecteur et la tératomère doivent avoir une conductivité électronique élevée et une bonne stabilité chimique et structurelle à la température de fonctionnement (les piles fonctionnent à 600-800 oC).

Utilisation de matériaux de type perovskitas

Les chercheurs ont travaillé avec des perovskitas pour la conception de certains composants de la pile de combustible, tels que le tératomère et la couche de contact, "nous avons vu que les matériaux de type perovskita sont de bons conducteurs, à la fois électroniques et ammoniacs, appropriés, par conséquent, pour la conception respectivement de la couche de contacts et du tératologue," note Vidal.

Préparation d’une citerne SOFC à l’aide de la méthode de combustion (Source UPV/EHU)

Aussi important que le type de matériau utilisé pour la fabrication des composants de la pile de combustible, "c’est la façon de le synthétiser. La température de préparation et le temps nécessaire, entre autres, sont des variables qui affectent la microstructure du matériau, un facteur qui affecte considérablement les propriétés de celui-ci," explique la chercheuse. Parmi toutes les méthodes de synthèse étudiées, le système de préparation des pérovskites qui a donné le meilleur résultat est la combustion, qui consiste essentiellement en une réaction entre nitrates - oxydant- et glycine - combustibles. Cette réaction provoque une autocombustion, dans laquelle la flamme atteint des températures élevées et le matériau est formé.

Bien que la rentabilité économique de ce type d’équipement ne soit pas bonne pour l’instant, il existe déjà plusieurs prototypes et certains produits commerciaux basés sur ces piles à combustible.

Ref

A. Morán-Ruiz, K. Vidal, M.A. Laguna-Bercero, A. Larrañaga, M.I. Arriortua. “Effects of using (La0.8Sr0.2)0.95Fe0.6Mn0.3Co0.1O3 (LSFMC), LaNi0.6Fe0.4O3 (LNF) and LaNi0.6Co0.4O3 (LNC) as contact materials on solid oxide fuel cells”. (2014) J. Power Sources, 248 1067-1076.

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UPV/EHU

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