Avancées technologiques majeures
Nous avons franchi une étape clé avec le développement des premières couches LSCF/GDC par spray pyrolyse, présentant une morphologie dendritique à haute surface spécifique et une structure cristalline après traitement thermique. En parallèle, les premières couches barrière GDC ont été élaborées par magnetron sputtering, aboutissant à une morphologie colonnaire dense avec une structure cristalline .
Nous avons également renforcé nos capacités expérimentales avec l’acquisition d’un banc de test SOFC Fiaxell, nous permettant d’étudier les performances et la stabilité des cellules dans le temps. Enfin, une analyse de cycle de vie est actuellement en cours afin d’évaluer l’impact environnemental global de la technologie développée.
Impression 3D de collecteurs de courant en nickel
Un premier matériau à base de nickel métallique a été formulé et peut déjà être utilisé en impression 3D (fabrication additive par granulés) pour la réalisation de collecteurs de courant anodiques architecturés. En parallèle de l’optimisation de ce matériau, les paramètres d’impression et de frittage doivent désormais être définis.
Texturation laser des céramiques YSZ
Un premier ensemble de paramètres a été identifié pour l’ablation et la texturation laser des céramiques YSZ (figure 1). Des rainures d’une profondeur de 5 µm ont été obtenues sur la couche céramique dense et mince de YSZ des demi-cellules commerciales, en utilisant une source laser femtoseconde. La profondeur des rainures dans des bandes de YSZ avant frittage a pu être ajustée entre 10 et 100 µm grâce à l’utilisation d’une source laser nanoseconde. Ces premiers résultats sont très prometteurs et laissent espérer une augmentation significative de la surface de contact entre l’électrolyte et la cathode.
Axe Fast-Track : optimisation des interfaces et cathodes
Maîtrise des couches barrières : trois solutions GDC ont été synthétisées par voie sol-gel. La modulation de leur viscosité permet désormais de contrôler précisément l’épaisseur des dépôts (de 2 à 20 µm) via des procédés de spin-coating et de dip-coating.
Fabrication de cellules symétriques : de nombreuses cellules ont été produites pour évaluer l’impact de l’architecture cathodique sur les performances. Les premiers dépôts de cathodes LSCF massives par sérigraphie et de structures GDC imprégnées ont été réalisés avec succès sur des pastilles YSZ.
Prochaine étape : optimisation du frittage et envoi des premières cellules à Centrale Lille pour caractérisation par spectroscopie d’impédance. L’ULCO testera également ces dépôts sur les pastilles texturées au laser fournies par le CRIBC.
Axe Slow-Track : développement de l’anode sur support métallique
Traitement anticorrosion : l’imprégnation du support métallique FeCrAl par une solution LNF a été optimisée. Ce traitement protège efficacement le support contre l’oxydation à haute température (jusqu’à 800°C sous air) tout en améliorant sa conductivité électrique.
Densification du support : des études de pressage uniaxial sont en cours sur des supports FeCrAl plus épais (1,4 mm) fournis par Bekaert, afin de réduire la porosité des fibres et d’accroître la rigidité structurelle.
Élaboration de l’anode fonctionnelle : la synthèse de poudre de NiO pur par voie sol-gel a été finalisée, permettant la formulation des encres NiO et du cermet NiO-YSZ (65% NiO – 35% YSZ). Ces encres seront déposées par sérigraphie et optimisées pour garantir une faible rugosité, condition indispensable au dépôt ultérieur de l’électrolyte en couche mince.
Recyclage
innovant
par sels fondu
Fondations scientifiques validées : les matériaux des cellules SOFC ont été recensés et les bains de sels fondus les plus pertinents pour la récupération des éléments critiques ont été identifiés.
Lancement des essais expérimentaux : les protocoles expérimentaux d’attaque et d’analyse ont été définis. Les premiers tests de réactivité ont débuté sur des oxydes et métaux de manière indépendante (ZrO2, NiO, Y2O3, CeO2, etc.), ainsi que sur des demi-cellules commerciales du projet Fast-Track.
Optimisation énergétique : différentes familles de bains réactionnels (chlorures, carbonates, nitrates, sulfates, hydroxydes) ont été sélectionnées. Le choix s’oriente vers les températures de fusion les plus basses possibles afin de limiter au maximum la consommation énergétique du futur procédé.