Développement d'un procédé de coulage en bande séquentiel en voie aqueuse pour la mise en forme de cellules SOFC
- Authors
- Publication Date
- Nov 17, 2023
- Source
- HAL-Descartes
- Keywords
- Language
- French
- License
- Unknown
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Abstract
La commercialisation des systèmes de piles à combustible à oxyde solide (SOFC) repose sur un équilibre entre leur coût de production, leurs performances et leur durabilité. Dans cette étude, le couplage des techniques de mise en forme par coulage en bande séquentiel et par sérigraphie, peu coûteux et adaptés à la production de masse, a été optimisé pour produire des cellules élémentaires SOFC en un minimum de traitements thermiques. Toujours dans l'optique de baisser le coût de production, faciliter le traitement des déchets et de respecter les préoccupations environnementales et de santé, des barbotines en base aqueuse formulées avec des additifs non toxiques sont choisis. Afin de focaliser les travaux sur le procédé, des matériaux modèles pour des températures de fonctionnement entre 700 et 850°C tels que le nickelate de lanthane La2NiO4+delta(LNO, cathode), la cérine gadolinée (GDC, couche barrière de diffusion), la zircone yttriée (YSZ, électrolyte) et le cermet Ni-8YSZ (anode) ont été sélectionnés. En ajustant la température de cofrittage et la composition de la barbotine, notamment en contrôlant la nature, la dispersion et la quantité de la poudre céramique, et en ajoutant des agents porogènes si nécessaire, il est possible de maîtriser la microstructure de chaque couche. Le coulage séquentiel associé au cofrittage permet d'effectuer en une seule étape le contrôle des épaisseurs pour assembler les couches d'anode fonctionnelle et structurale, l'électrolyte et la couche barrière de diffusion. Pour assurer une compatibilité thermomécanique entre GDC et YSZ, un gradient de composition est introduit par l'ajout d'une barbotine contenant une poudre composite, ce qui garantit une interface robuste. Des caractérisations électrochimiques, structurales et microstructurales permettent de valider le procédé avec l'obtention de cellules complètes par sérigraphie de l'électrode à air. Des premières études sur la gestion du séchage de la bande confirment la possibilité d'étendre le procédé à des échelles et formes différentes. Enfin, la flexibilité inhérente au procédé ouvre la porte à la production de demi-cellules SOFC métal support en utilisant la voie tout oxyde.