Cellule électrolyse métal-support innovante et robuste basée sur une céramique conductrice protonique, pour un système énergétique decarboné – ARCADE

Dans un futur proche, la production d’hydrogène par l’électrolyse de l’eau jouera un rôle majeur afin de décarboner les processus industriels fortement émetteurs de CO2 en permettant la production de carburants de synthèses et d’hydrogène industriel vert. Dans ce cadre, le procédé d’électrolyse à haute température permet de valoriser l’énergie thermique fatale des procédés industriels fortement émetteurs de CO2 comme la synthèse de méthanol, d’augmenter les rendements et de réduire les émissions de CO2.
Fonctionnant à des températures comprises entre 400 et 600°C, les cellules céramiques à conduction protonique sont particulièrement prometteuses. En particulier, la consommation ou la production d’eau à l’électrode à air rend ces systèmes flexibles et intéressants dans les secteurs de l’énergie et de l’industrie chimique. Malgré un très fort potentiel, le développement des cellules céramiques à conduction protonique est beaucoup moins mature que celui des cellules à haute température de type Solid Oxide Cell à conduction anionique. L’objectif du projet ARCADE est le développement de cellules céramiques à conduction protonique bas coût, à support métallique et de taille industrielle (100 cm2) pour la production d’hydrogène vert dans des applications de type Power-to-X. Quantitativement l’objectif du projet est d’atteindre des performances de -450mW/cm2 à 1,5V et 600°C en mode électrolyse.
Par rapport aux technologies haute température tout céramique, le choix d’une architecture à support métallique permet de diminuer sensiblement les coûts de fabrication, facilite la gestion thermique et la valorisation de la chaleur fatale, réduit les problématiques de dégradations sensibles aux températures élevées. Le fonctionnement dans la plage 400°C à 600°C permet d’atteindre des rendements plus élevés que pour les technologies électrolyse à basse température et une production d’hydrogène à moindre coût.
Dans le cadre de l’appel à projet franco-allemand, le projet ARCADE permet de combiner les expertises complémentaires de 3 partenaires institutionnels CNRS en France, EIFER et DLR en Allemagne par le biais d’échanges académiques de jeunes chercheurs et de 2 partenaires industriels Ceraco en Allemagne et Air Liquide en France.
Regroupés autour d’objectifs ambitieux, ARCADE vise à développer un leadership technologique à même d’accélérer la transition énergétique dans les deux pays et plus globalement en Europe. Sur le long terme, cette nouvelle génération de réacteurs électrochimiques permettra le développement de nouveaux processus de synthèse par voie électrochimique qui de façon globale contribueront à décarboner l’industrie chimique.