CELCER-EHT

• Développement d’une filière industrielle à haute efficacité (de l’ordre de 90% du Pouvoir Calorifique Inférieur) pour la production d'H2 vert à coût maîtrisé
• Technologie modulaire sans catalyseurs PGM, compatible avec un couplage EHT-nucléaire

Formation de 13 doctorants et 18 post-doctorants

Au cours de l’année 2022 une ligne pilote de fabrication de cellules a été améliorée et une seconde a été installée puis démarrée. Les travaux de R&D ont porté sur l’amélioration des matériaux de cellule actuels (cermet Ni-YSZ, zircone dopée et oxydes de type perovskite) en optimisant leur composition, leur microstructure (e.g. poudres cœur-coquilles, texturation, gradient) et leurs interfaces (e.g couche barrière de cérine dopée). Ces travaux sont aujourd’hui bien engagés et bénéficient de l’apport de 2 doctorantes et de 2 post doctorants. Une cellule améliorée dite Gen1 fait actuellement l’objet de tests de durabilité. La modélisation multi-échelle a été validée pour cette nouvelle cellule et des études de sensibilité ont permis d’identifier de nouvelles pistes d’optimisation de la microstructure de l’électrode H2. Des travaux portant sur le développement et la mise en œuvre de nouveaux matériaux de cellule (e.g. nickelates et produits de décomposition ou matériaux oxyfluorés) ont également commencé, portés par 1 doctorant et 1 post doctorant. Pour analyser la stabilité chimique ou la composition de ces nouvelles microstructures, des campagnes de caractérisation approfondies ont été lancées, en particulier aux grands instruments (ESRF-Grenoble et Bessy-Berlin). Enfin, pour accroitre la stabilité de la cellule en environnement stack un travail spécifique a débuté sur la conception de joints auto-cicatrisants avec 1 doctorant. Deux publications ont déjà été acceptées sur la base de ces travaux.

Au cours de l’année 2023, les travaux d’amélioration des matériaux de cellule actuels (cermet Ni-YSZ, oxydes de type perovskite et couche barrière en GDC) ont bien avancé. Des microstructures originales (nano-structuration, gradient, texturation) ont été produites dans chaque électrode, testées et caractérisées. Pour stabiliser ces électrodes et limiter la migration du Nickel ou la ségrégation du Sr plusieurs pistes ont été investiguées telles que des dopages ou la formation de composites. Le dépôt par PVD d’une couche barrière en CGO a permis d’obtenir un accroissement de près de 15% des performances initiales de la cellule de référence. Une première cellule améliorée qui intègre un cermet Ni-YSZ avec un gradient de taille de particules et un composite LSCF-CGO, a fait l’objet de tests de durabilité à 1 A/cm² à 750, 800 et 850°C, dont un jusqu’à 5000h. Après une phase initiale, elle présente un taux de dégradation proche de 1%/1000h. Les caractérisations microstructurales après test ainsi que la modélisation de cette cellule, ont permis de progresser dans la compréhension de l’origine de cette durabilité améliorée ainsi que des mécanismes de dégradation restant à inhiber. Des travaux portant sur le développement et à la mise en œuvre de nouveaux matériaux de cellule (e.g. nickelates et produits de décomposition) ont commencé. Enfin, pour accroitre la stabilité de la cellule en environnement stack un travail spécifique est en cours sur la conception de joints auto-cicatrisants.