Les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) offrent un moyen stable et efficace de générer de l'énergie électrochimique propre, mais sont peu pratiques pour une utilisation dans des appareils portables en raison de leurs températures de fonctionnement élevées. Une nouvelle stratégie de conception et de production développée par Florencia Edith Wiria de l'Institut de technologie de fabrication A*STAR de Singapour et Pei-Chen Su de l'Université technologique de Nanyang pourrait aider à propulser les SOFC dans une utilisation grand public1.

Les SOFC à micro-échelle pourraient transformer l'électronique grand public, fournissant plus de puissance que les batteries existantes d'une manière respectueuse de l'environnement. L'argent est une alternative attrayante et abordable aux cathodes de platine coûteuses utilisées dans les conceptions micro-SOFC actuelles. Mais les électrodes d'argent fondent, ils ne peuvent donc pas conserver la fine structure poreuse requise pour une réaction électrochimique efficace au niveau 500-1, Plage de température de 000 degrés Celsius à laquelle ces appareils fonctionnent généralement. Wiria et Su ont donc cherché à développer une version résistante à la chaleur de ce système.

« Cela permettrait d'étendre les SOFC des sources d'alimentation stationnaires conventionnelles aux applications portables, " dit Wiria.

Wiria et Su ont utilisé une stratégie appelée « infiltration chimique humide », dans lequel ils ont enduit de minces couches d'argent d'une couche de cérium dopée au samarium (SDC). De manière critique, leur approche utilisait une imprimante 3D, conférant un contrôle exquis sur la conception de l'électrode. « Nous voulions tirer parti de la capacité d'imprimer correctement, des structures complexes pour réaliser des sources d'énergie de formes variées, " dit Wiria. Les films d'argent résultants ont conservé la structure nanométrique souhaitée, mais étaient également protégés sous une couche cristalline de SDC.

Alors que les films d'argent conventionnels fondaient rapidement en un agrégat informe lorsque les températures dépassaient les 300 à 400 degrés Celsius, les films infiltrés de SDC sont restés en grande partie inchangés même à 500 degrés Celsius. Cette intégrité de cathode améliorée s'est traduite par des performances de pile à combustible robustes après plus d'une journée de fonctionnement continu, avec des performances qui surpassent même les électrodes de platine. « Nous avons considérablement amélioré la stabilité thermique des piles à combustible à oxyde solide avec des cathodes d'argent nanoporeuses, passant de la dégradation actuelle de 73,6 % à seulement 7,9 %, " dit Wiria.

L'analyse microscopique a confirmé que la microstructure de l'électrode est restée en grande partie intacte même après ce test, et les cathodes infiltrées n'ont présenté qu'une modeste dégénérescence supplémentaire après 60 heures de fonctionnement.

Ce travail promet d'étendre considérablement l'utilité des SOFC à micro-échelle, et Wiria et Su étudient d'autres modifications qui pourraient conférer encore plus de stabilité et de flexibilité à leurs conceptions de cathode. "Nous essayons actuellement d'utiliser une méthode 'core-shell' pour encapsuler entièrement nos nanoparticules d'argent, " explique Wiria, "et en examinant d'autres méthodes d'impression 3D pour produire des SOFC infiltrées par SDC."