Le Centre de recherche de Jülich atteint un nouveau record mondial avec les piles à combustibles

Les piles à combustible à haute température avec électrolyte solide (SOFCs [1]) sont des candidates excellentes pour une future mise en place dans les bâtiments, les centrales thermiques et les véhicules. Elles transforment l’énergie chimique de façon directe et efficace en énergie électrique, et épargnent ainsi les ressources naturelles tout en évitant les émissions polluantes. Soutenues par des budgets de projets de l’Union Européenne, les piles de génération 3 ont été construites au Centre de recherche de Jülich (FZJ). Par la technique dite plane, développée à Jülich, les cellules uniques sont superposées dans ces empilements, pour atteindre une haute tension.Des scientifiques de l’Institut de recherche énergétique (IEF [2]) et du Service central de technologie (ZAT [3]) ont désormais fait fonctionner avec succès deux piles de ce type pendant plus de 15.000 heures. « Elles ont produit en moyenne une puissance de 0,4 W/cm2, environ le double de ce qui est observé actuellement dans les systèmes commerciaux », selon le Dr. Robert Steinberger-Wilckens, directeur du projet piles à combustibles au FZJ.

Atteindre les 40.000 heures d’autonomie

Une durée de vie de 5.000 à 10.000 heures suffit déjà à la mise en place dans les véhicules, mais pour un approvisionnement électrique stationnaire, des temps d’activité supérieurs à 40.000 heures sont nécessaires. « Nous poursuivons l’objectif de réaliser de tels temps de fonctionnement, et nous venons d’effectuer une bonne avancée dans ce sens », se réjouit le Dr. Steinberger-Wilckens.« De plus, nous avons utilisé les piles à longue durée de vie à une température de seulement 700 °C. Ainsi les cellules vieillissent plus lentement », explique Steinberger. Le vieillissement ou la dégradation d’une pile à combustible a des effets de déperdition progressive sur la performance. Or, avec les piles de Jülich, la dégradation des cellules n’est que de 10 % au bout de la durée d’exploitation maximale atteinte auparavant sur d’autres piles à combustibles.Communément, on décrète la fin de vie d’une pile lorsque la perte de performance atteint 20 %. Ainsi les piles continuent à être utilisées sans altération et elles ont théoriquement un potentiel de 30.000 heures, un temps d’activité considéré jusqu’à présent comme inaccessible pour des piles de cette nature. Ainsi elles seraient qualifiées pour environ quatre ans d’activité non interrompue.Pour une utilisation discontinue, comme par exemple dans le chauffage de bâtiments, la durée de vie pourrait même atteindre 5 à 10 ans.

Abaisser la température d’utilisation

Le contexte du succès de Jülich est le suivant : des cellules performantes avec des couches fonctionnelles minces reliées de façon précise permettent une diminution de la température d’utilisation. Par ailleurs, les cellules spéciales acier SOFC CroFer (ThyssenKrupp [4]) développées par Jülich et l’acier ITM choisi dans le cadre du projet européen Real-SOFC [5] (Plansee [6]) empêchent, avec les couches de protection correspondantes, la libération de produits de corrosion et rallongent ainsi la durée de vie.Le projet Real-SOFC a été mené avec le soutien de l’UE entre 2004 et 2008. 26 institutions partenaires ont participé au succès du projet, entre autres des entreprises comme Topsoe Fuel Cells, Wärtsilä, RollsRoyce, H.C.Starck, HTCeramix et Hexis, ainsi que des institutions de recherche comme le CEA, ECN (Pays-Bas), VTT (Finlande), DTU Risø (Danemark), Imperial College (Royaume-Uni) et EMPA (Suisse).
Par Claire Vaille,rédactrice pour la rubrique énergie des bulletins électroniques de l’ambassade de France en AllemagneOrigine: BE Allemagne numéro 437 (20/05/2009) – Ambassade de France en Allemagne / ADIT http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/59184.htm[1] SOFCs : Solid Oxide Fuel Cells[2] IEF : Instituts für Energieforschung[3] ZAT : Zentralabteilung Technologie[4] Informations supplémentaires sur le groupe Thyssenkrupp (en anglais) : http://www.thyssenkrupp.com/[5] Projet européen Real-SOFC (en anglais) : http://www.real-sofc.org/[6] Informations supplémentaires sur le groupe Plansee (en anglais) : http://www.plansee.com/