Cellules Innovantes de Piles à combustible à Oxydes solides à Support métallique poreux.

Innovatives Cells of Metal-Supported Solid Oxide Fuel Cell (MS-SOFC)

• Auteur / Autrice : Sharanya Dattamandal
• Direction : Didier Fasquelle
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique milieux denses, matériaux et composants
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences, Technologie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UDSMM - Unité de Dynamique et Structure des Matériaux Moléculaires

Mots clés

Mots clés libres

Oxyde

Pile à combustible

Support métallique

Ms-it-sofc

Energie renouvelable

Hydrogène

Hydrogen

Ms-it-sofc

Fuel Cell

Green Energy

Résumé

La production électrique est un enjeu majeur pour notre société: Les piles à combustible à oxydes solides seront intégrées dans nombre de dispositifs futurs pour la production d'électricité à partir d'hydrogène si l'on diminue leur température de fonctionnement vers 500-700°C. La pile SOFC sur support métallique apparaît comme une solution très intéressante pour son faible coût, mais aussi pour sa durée de vie si les conditions d'oxydation du support métallique sont maitrisées (moins de contraintes rime avec durée de vie étendue). Les objectifs de cette thèse sont d'étudier et d'optimiser les propriétés intrinsèques et dimensionnelles des matériaux afin d'orienter le design de cellules MS-IT-SOFC vers 2 structures innovantes : la première est dite anode-support, la seconde est une structure inversée dite cathode-support. Les électrodes fonctionnelles seront déposées sur un support métallique poreux innovant FeCrAl. Ces 2 structures permettent d'obtenir une cellule très bon marché. De plus elles intègrent un électrolyte mince, ce qui permet de diminuer fortement les pertes électriques dans la pile. Fort de l'expérience acquise durant le projet IRENE-FEDER-Eccélos 2018-2019, à travers 3 thèses, et un partenariat renforcé le secteur industriel, nous avons maintenant toutes les compétences pour étudier des cellules complètes performantes. Nous savons aussi limiter l'oxydation de nos supports métalliques (thèse en cours I. Elguettari). Cette mine de connaissances sera exploitée pour l'étude et la réalisation de cellules innovantes à support métallique poreux, dans le but de réaliser des cellules MS-IT-SOFC faible coût à durée de vie élevée. En effet nous visons un taux de dégradation de 0,5 % pour 1000 h.

Power generation is a major challenge for our society: solid oxide fuel cells will be integrated into a number of future devices for generating electricity from hydrogen if their operating temperature is lowered to 500-700°C. The metal-supported SOFC fuel cell appears to be a very attractive solution, not only for its low cost, but also for its long service life if the oxidation conditions of the metal-support are controlled (less stress rhymes with extended service life). The objectives of this thesis are to study and optimize the intrinsic and dimensional properties of the materials in order to orient the design of MS-IT-SOFC cells towards 2 innovative structures: the first is called anode-support, the second is an inverted structure called cathode-support. The functional electrodes will be deposited on an innovative porous FeCrAl metal support. These 2 structures enable us to produce a very low-cost cell. In addition they incorporate a thin electrolyte, which greatly reduces electrical losses in the cell. On the strength of the experience acquired during the IRENE-FEDER-Eccélos 2018-2019 project, through 3 thesis, and a strengthened partnership with industry, we now have all the skills needed to study high-performance complete cells. We also know how to limit the oxidation of our metallic supports (thesis in progress I. Elguettari). This wealth of knowledge will be exploited to study and develop innovative cells with porous metal-supports, with the aim of producing low-cost, long-life MS-IT-SOFC cells. In fact we are aiming for a degradation rate of 0.5% per 1000 h.