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    Teneur en nickel réduite et stabilité et performances améliorées dans les piles à combustible en céramique

    Diagramme conceptuel du cycle d'oxydoréduction des piles à combustible en céramique et comparaison du nouveau concept par rapport au taux de détérioration des plaques à combustible conventionnelles Crédit :Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)

    Une équipe de recherche en Corée a développé une pile à combustible en céramique qui offre à la fois stabilité et hautes performances tout en réduisant la quantité de catalyseur requise par un facteur 20. Le domaine d'application des piles à combustible en céramique, qui n'ont jusqu'à présent été utilisés que pour la production d'électricité à grande échelle en raison des difficultés liées aux démarrages fréquents, peut s'attendre à s'étendre à de nouveaux domaines, comme les véhicules électriques, robots, et des drones.

    Dr Ji-Won Son au Centre de recherche sur les matériaux énergétiques, grâce à des recherches conjointes avec le professeur Seung Min Han du Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), a développé une nouvelle technologie qui supprime la détérioration induite par le cycle de réduction-oxydation, une cause majeure de dégradation des piles à combustible céramiques, en réduisant significativement la quantité et la taille du catalyseur au nickel dans l'anode à l'aide d'une technologie à couche mince.

    Piles à combustible en céramique, représentatif des piles à combustible à haute température, fonctionnent généralement à des températures élevées—800 °C ou plus. Par conséquent, catalyseurs bon marché, comme le nickel, peut être utilisé dans ces cellules, contrairement aux piles à combustible à électrolyte polymère basse température, qui utilisent des catalyseurs au platine coûteux. Le nickel représente habituellement environ 40 % du volume d'anode d'une pile à combustible en céramique. Cependant, puisque le nickel s'agglomère à haute température, lorsque la pile à combustible céramique est exposée aux processus d'oxydation et de réduction qui accompagnent les cycles d'arrêt-redémarrage, une expansion incontrôlable se produit. Il en résulte la destruction de toute la structure de la pile à combustible en céramique. Cet inconvénient fatal a empêché la génération d'énergie par des piles à combustible céramiques à partir d'applications nécessitant des démarrages fréquents.

    Schéma des processus de conception et de fabrication pour l'anode proposée. Crédit : Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)

    Dans un effort pour surmonter cela, L'équipe du Dr Ji-Won Son au KIST a développé un nouveau concept pour une anode qui contient beaucoup moins de nickel, seulement 1/20 d'une pile à combustible en céramique conventionnelle. Cette quantité réduite de nickel permet aux particules de nickel dans l'anode de rester isolées les unes des autres. Pour compenser la quantité réduite de catalyseur au nickel, la surface spécifique du nickel est considérablement augmentée grâce à la réalisation d'une structure d'anode où les nanoparticules de nickel sont uniformément réparties dans toute la matrice céramique à l'aide d'un processus de dépôt en couche mince. Dans les piles à combustible en céramique utilisant cette nouvelle anode, aucune détérioration ou dégradation des performances des piles à combustible en céramique n'a été observée, même après plus de 100 cycles de réduction-oxydation, par rapport aux piles à combustible céramiques classiques, qui a échoué après moins de 20 cycles. De plus, la puissance de sortie des nouvelles piles à combustible en céramique à anode a été améliorée de 1,5 fois par rapport aux piles conventionnelles, malgré la réduction substantielle de la teneur en nickel.

    Le Dr Ji-Won Son a dit :« Notre recherche sur la nouvelle pile à combustible à anode a été systématiquement menée à chaque étape, de la conception à la réalisation et à l'évaluation, sur la base de notre compréhension de l'échec de la réduction-oxydation, qui est l'une des principales causes de la destruction des piles à combustible en céramique.

    Le Dr Son a dit :« Le potentiel d'appliquer ces piles à combustible en céramique à d'autres domaines que les centrales électriques, comme pour la mobilité, est formidable."

    Les résultats de la recherche ont été publiés dans Acta Materialia .


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