Intégration de matériaux d'électrolyte et d'électrodes innovants dans une cellule IT-SOFC – INNOSOFC

La zircone stabilisée par de l'yttrium (YSZ) est encore le matériau de choix de la plupart des piles SOFC proches du développement industriel grâce à son bon niveau de conductivité anionique à haute température et à sa bonne stabilité chimique vis à vis de l’hydrogène. Néanmoins, YSZ pose des problèmes de réactivité à l'interface avec les matériaux de cathode usuels à base de lanthanide ce qui limite les performances de la cellule ou implique l'ajout d'une couche intermédiaire à base de cérine, qui ne réagit pas ou peu ni avec le matériau de cathode ni avec YSZ. Cependant cela ajoute un coût, non négligeable dans la mise en forme de la cellule, préjudiciable à son développement industriel. Dans la nécessité de trouver un électrolyte de substitution à YSZ, stable dans les conditions de fonctionnement de la SOFC, et formant un "couple parfait" avec les matériaux de cathode usuels, le conducteur anionique BIT07 (BaIn0.3Ti0.7O2.85) de structure perovskite a été découvert et développé à Nantes. Dans le même temps le conducteur mixte Ln2NiO4 (Ln = lanthanide) de structure dérivée de la perovskite était développé à Bordeaux. Les travaux antérieurs ont validé l'utilisation de ces matériaux dans des cellules SOFC. L'objet du projet est d'associer ces matériaux issus de la recherche française en partenariat avec un institutionnel reconnu, EIFER/EDF (2 brevets CNRS/EDF), et de proposer une première cellule ITSOFC française, à anode support. Le remplacement des matériaux classiques formant le couple électrolyte-cathode, YSZ-LSM, par le couple BIT07-Ln2NiO4 permettra de diminuer la température de fonctionnement. En effet, la réaction électrolyte-électrode qui engendrait une chute ohmique importante à l'interface étant absente, ceci permettra d'augmenter les performances et la stabilité de la cellule et/ou de conserver des performances égales à température réduite. Dans ce nouveau couple, l'absence de la couche de cérine intermédiaire, devrait permettre aussi de diminuer le coût de fabrication d'une cellule (et donc le coût du kW). En outre, de par l'adéquation des structures cristallines des matériaux d'électrolyte et de cathode, l'interface électrolyte-cathode sera améliorée. Le matériau d'anode sera de type cermet Ni/BIT07 avec un contenu en nickel adapté au cahier des charges d'une anode (environ 30% en volume minimum). En utilisant les compétences complémentaires des industriels et des universitaires, l'accent sera mis en particulier sur l'optimisation de la microstructure des matériaux et des interfaces (IMN et ICMCB), sur le passage à l'échelle semi industrielle (Marion technologies), sur l'utilisation de techniques de mise en forme bas-coût (CEA-LITEN) afin de réaliser, de tester les performances et la stabilité des cellules SOFC de taille semi-pilote (CEA-LITEN et EIFER).