Chapitre 3 - Université de Bourgogne

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Introduction aux SOFCs & Objectifs ___________________________________________________________________________ Figure 1-9 : Mise en évidence des dépôts de carbone par craquage du méthane sur un cermet Ni-YSZ à 1000°C. D’après Takeguchi et al. [39] Ce craquage du méthane produit bien de l’hydrogène mais le dépôt de carbone bloque l’accès aux sites de réaction et inhibe très rapidement la réaction électrochimique anodique, l’apport d’oxygène par YSZ n’étant pas suffisant pour oxyder ce dépôt de carbone. Les contraintes évoquées précédemment suggèrent d’importantes modifications afin d’envisager de développer industriellement les PAC-SOFC. Depuis plusieurs années, les travaux de recherche visent à diminuer la température de fonctionnement dans la gamme dite intermédiaire (400-700°C). YSZ ne possédant pas une conductivité ionique satisfaisant les 10 - 2 -1 S.cm en dessous de 700°C, il est nécessaire de développer de nouveaux matériaux qui soient meilleurs conducteurs ioniques dans l’intervalle 400-700°C et qui puissent être utilisé à la fois en tant que matériau d’électrolyte et anodique. Par ailleurs, l’utilisation d’hydrogène en tant que combustible semble compromise tant que les verrous technologiques de stockage et de transport ne seront pas réglés. Il est donc envisagé de modifier le combustible. C’est dans cette optique que le concept monochambre ou « single-chamber » a été imaginé. ___________________________________________________________________________ - 18 -
Introduction aux SOFCs & Objectifs ___________________________________________________________________________ III. Le concept IT-SC-SOFC Le concept de pile SOFC dénommé SC-SOFC pour Single-Chamber Solid Oxide Fuel Cell ou monochambre a été mis en évidence par Grünenberg et al en 1961. Ce n’est que depuis 1995 que ce concept est très largement étudié notamment par Hibino et al [40]. Ces derniers suggèrent une nouvelle configuration qui prendrait en compte d’importantes modifications à apporter concernant le développement des piles SOFC : modification du combustible et simplification du système global. Un abaissement de la température de fonctionnement dans la gamme 400-700°C peut également être envisagé, on peut alors parler de IT-SC-SOFC pour Intermediate Temperature SC-SOFC. III.1 Principe de fonctionnement La configuration monochambre consiste en une cellule élémentaire soumise à la même atmosphère gazeuse comprenant à la fois le combustible et le comburant (Figure 1-10). Dans ces conditions, l’anode et la cathode sont soumises au même mélange. Le problème de gestion des gaz s’en trouve ainsi largement simplifié. Cela permet aussi l’utilisation d’un électrolyte qui ne soit pas parfaitement densifié ce qui permet d’abaisser sa température d’élaboration et ainsi diminuer les coûts de fabrication [41]. La Figure 1-10 représente le schéma de principe d’une pile SOFC monochambre : CH 4 2H 2 CH 4 CO 2 + H H2O 2O O2- O2- O2- O2- O 2 (g) H 2 H 2 O ½ O2 + 2e- O2- ½ O2 + 2e- O2- Figure 1-10 : Schéma de principe d’une pile SOFC monochambre et des différentes réactions d’électrodes L’alimentation commune en combustible et comburant implique le développement de nouveaux matériaux d’électrodes. En effet, le gradient de pression partielle d’oxygène entre l’anode et la cathode présent dans la configuration « conventionnelle », et à l’origine du ___________________________________________________________________________ - 19 -
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