Voici comment les nanoparticules géantes peuvent provoquer l'effet de pulvérisation dans les SOFC :
1. Formation de nanoparticules géantes :Pendant le fonctionnement d'une SOFC, le gaz combustible (généralement de l'hydrogène) réagit avec les ions oxygène à l'anode pour produire de la vapeur d'eau et libérer des électrons. Ces électrons circulent dans le circuit externe, générant un courant électrique. Cependant, dans certaines conditions, notamment à des températures de fonctionnement élevées, le matériau de l'anode (généralement du nickel) peut commencer à s'agglomérer et former des nanoparticules géantes.
2. Processus de pulvérisation :Les nanoparticules géantes formées à la surface de l’anode sont exposées à un environnement à haute température et peuvent devenir très mobiles. Ces nanoparticules peuvent être pulvérisées ou éjectées de la surface de l'anode en raison de collisions avec des molécules de gaz à haute énergie ou des ions présents dans le gaz combustible.
3. Dépôt sur la cathode :Les nanoparticules pulvérisées peuvent traverser l’électrolyte et se déposer à la surface de la cathode. La cathode étant généralement constituée d’un matériau poreux, les nanoparticules peuvent s’accumuler dans ses pores, bloquant la surface active et entravant la réaction de réduction de l’oxygène.
4. Dégradation des performances :L'accumulation de nanoparticules sur la surface de la cathode obstrue le flux d'oxygène vers les sites actifs de la cathode. En conséquence, la vitesse de réaction de réduction de l’oxygène diminue, entraînant une réduction des performances globales de la cellule. Ce phénomène est couramment observé sous la forme d'une chute de tension au fil du temps dans les SOFC.
5. Résistance cellulaire accrue :La présence de nanoparticules à la surface de la cathode augmente également la résistance interne de la cellule. En effet, les nanoparticules agissent comme des barrières, empêchant le transfert d'électrons et d'ions entre la cathode et l'électrolyte. La résistance accrue contribue en outre à la diminution des performances cellulaires.
6. Stabilité à long terme :L’effet de pulvérisation provoqué par les nanoparticules géantes peut avoir un impact significatif sur la stabilité et la durabilité à long terme des SOFC. Une exposition prolongée à des températures élevées et à des gaz combustibles peut accélérer la formation et la pulvérisation de nanoparticules, entraînant une dégradation progressive des performances des cellules au fil du temps.
Minimiser la formation et l’impact des nanoparticules géantes constitue un défi majeur dans le développement de SOFC performantes et durables. Diverses stratégies, telles que l'optimisation de la microstructure de l'anode, la modification de la composition du carburant et l'intégration de techniques d'atténuation des nanoparticules, ont été étudiées pour remédier à l'effet de pulvérisation et améliorer les performances et la stabilité globales des SOFC.
