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Une pile à combustible SOFC exploitée durant 11 ans au Forschungszentrum Jülich

Jülich, le 7 février 2019 - Ils avaient toujours attendu la durée de vie de 100 000 heures. Des scientifiques du Forschungszentrum Jülich ont alors commencé progressivement à mettre fin à leur expérience à long terme quelques jours auparavant. Pendant plus de onze ans, ils ont exploité une pile à combustible développée par eux à une température de 700 degrés. Pendant plus de dix ans et demi, la pile à combustible à haute température a délivré de l'énergie pendant cette période, à condition qu'aucune autre pile à combustible à haute température n'ait été créée auparavant. La preuve d'une durée de vie aussi longue est considérée comme une étape importante dans la mise au point de piles à combustible haute température atteignant les plus hauts niveaux d'efficacité.

Le Forschungszentrum Jülich développe la SOFC en céramique oxyde depuis le début des années 90, principalement pour l’approvisionnement décentralisé en énergie fixe entre 5 et 100 kW - c’est-à-dire pour l’approvisionnement en énergie domestique (1 à 10 kW) et pour le chauffage et l’électricité combinés décentralisés (> 10 kW). Le Forschungszentrum Jülich se concentre sur le soi-disant concept planaire supporté par anode. La R & D de Jülich couvre toute la chaîne de développement, de la synthèse des matériaux au développement de matériaux cellulaires, en passant par la production de revêtements, de structures, de composants et de composants, en passant par la caractérisation de cellules individuelles et de souches, l'exploitation et la modélisation de systèmes ainsi que le développement d'agrégats périphériques.

En outre, Jülich collabore avec des partenaires de recherche et des partenaires industriels allemands, européens et non européens afin de développer des SOFC pour la production d'énergie embarquée dans les véhicules à moteur et les navires. En plus de l'utilisation du concept classique basé sur l'anode, les scientifiques poursuivent également un concept de cellule basé sur des supports métalliques, qui sont ensuite recouverts par la technologie de la céramique et des processus de dépôt physique en phase vapeur, appliquant progressivement des barrières de diffusion, des électrodes et de l'électrolyte.

On cherche également à savoir si la SOFC "classique" peut également être utilisée comme électrolyse à haute température pour produire de l'hydrogène en tant que combustible ou pour produire de l'hydrogène en tant que matière première pour une transformation ultérieure, par exemple, en méthane (également appelé "alimentation électrique"). Appelé "Power-to-Liquid ". Dans un autre mode de réalisation, la SOFC est développée en tant que batterie métal-air à haute température. Ici, la SOFC agit d’une part comme une cellule d’électrolyse, notamment en cas de surcharge électrique; d'autre part, il agit comme une pile à combustible lorsque la demande en électricité est plus élevée. Le "courant" est stocké ici sous forme d'oxygène. Ceci est utilisé pour réduire un métal - c’est-à-dire pour charger la batterie en mode électrolyse - ou pour oxyder,

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"Au début, presque personne n'aurait pensé qu'il était possible de faire fonctionner des piles à combustible à haute température sur une aussi longue période", explique le professeur Ludger Blum de l'Institut de recherche sur le climat et l'énergie de Jülich (IEK-3). "Le test extrêmement réussi a maintenant montré que la version de ce type de pile à combustible développée à Jülich est sur le point d'être prête à être utilisée", déclare Blum, qui accompagne l'expérience à long terme depuis le début.

Les piles à combustible haute température en céramique ont un rendement maximal et sont considérées comme nécessitant très peu d’entretien. La température de fonctionnement élevée impose également de grandes exigences aux matériaux utilisés. Les domaines d’application possibles comprennent la distribution décentralisée d’électricité et de chaleur à la maison, dans des zones résidentielles plus grandes ou dans l’industrie, ainsi que les systèmes pour trains et navires. Pendant 5 à 10 ans ou 40 000 à 80 000 heures, des piles à combustible à haute température doivent être utilisées pour rendre leur utilisation économique.

La pile à combustible à oxyde solide de Jülich (SOFC), connue sous le nom de pile à combustible à oxyde solide, a duré beaucoup plus longtemps. Avec l'expérience à long terme, des chercheurs du monde entier ont démontré une durée de vie de 100 000 heures pour la première fois. Depuis le début de l'expérience, le 6 août 2007, la pile de cellules constituée de deux cellules fournit de l'électricité en continu pendant plus de 93 000 heures, pour une énergie totale produite d'environ 4 600 kWh. En comparaison, cela correspond à peu près à la quantité d'électricité qu'un ménage unifamilial consomme en un an.

Avec l’arrêt de la SOFC, les chercheurs ont maintenant de nouvelles tâches à accomplir. À l'extérieur, les composants métalliques ont considérablement changé au fil des ans. La surface brillante argentée est devenue beaucoup plus sombre, presque noire. Mais à part cette inévitable oxydation superficielle, il n'y a pas de changements négatifs de l'extérieur.

"Nous sommes très curieux de voir à quoi ça ressemble à l'intérieur", révèle le Dr Norbert Menzler de l'Institut de recherche sur l'énergie et le climat (IEK-1), responsable du développement des cellules en céramique. "Dans quel état se trouve la cellule, est à peine visible pendant le fonctionnement. Jusqu'à présent, personne au monde n'a pu examiner une cellule après 100 000 heures de fonctionnement à des températures aussi élevées. "

Au cours des prochaines semaines et des prochains mois, les chercheurs utiliseront différentes méthodes pour analyser avec précision l'impact des années de stress thermique extrême sur les composants en céramique, les joints d'étanchéité à brasure de verre et les connecteurs métalliques, appelés interconnecteurs. Les résultats sont utilisés dans le développement de nouveaux matériaux et d'approches de conception visant à améliorer encore la résistance au vieillissement.

Les scientifiques autour de Luder Blum testent actuellement une version de la SOFC à fonctionnement réversible. Ceci non seulement fournit de l'énergie, mais peut également produire de l'hydrogène et de l'oxygène par électrolyse de l'eau dans un mode de fonctionnement inverse. Ce développement a déjà obtenu de très bons résultats. Il s'agit de la première pile à combustible à haute température à atteindre un rendement de plus de 60% à 62% en mode hydrogène.

Les scientifiques du Forschungszentrum Jülich travaillent depuis 25 ans sur la SOFC, pour laquelle ils ont reçu 95 brevets. La recherche à la SOFC concerne différents domaines de l'Institut de recherche sur l'énergie et le climat (IEK-1, IEK-2, IEK-3, IEK-9) et de l'Institut central d'ingénierie, d'électronique et d'analyse (ZEA-1). La pile d’enregistrements est également composée en grande partie de composants auto-développés. Celles-ci incluent, par exemple, les cellules en céramique, les couches de contact et une vitrocéramique spéciale, utilisée pour l’étanchéité en raison des températures élevées. Le matériau des plaques intermédiaires, également appelées interconnexions, permettant de regrouper les cellules en une "pile" (en anglais), provient de la société autrichienne Plansee SE de Reutte.

Contacter:

Dr. Norbert H. Menzler de l'Institut derecherche sur l'énergie et le climat - Synthèse de matériaux et procédés de fabrication (IEK-1)
Forschungszentrum Jülich
Tél: 02461 61-3059
Courriel: nhmenzler@fz-juelich.de

 

Prof. Ludger Blum
Institut de recherche sur l'énergie et le climat - Génie des procédés électrochimiques (IEK-3)
Forschungszentrum Jülich
Tél.: +49 2461 61-6709
E-mail: l.blum@fz-juelich.de

Contact presse:

Tobias Schlößer
Communication d'entreprise, Forschungszentrum Jülich
Tél: 02461 61-4771
E-mail: t.schloesser@fz-juelich.de