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La pile à combustible SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) est actuellement une voie de production d’énergie extrêmement attrayante pour le futur. De nombreux pays s’investissent dans le développement de ces générateurs, et ce malgré plusieurs verrous technologiques à lever impérativement pour une émergence commerciale de cette technologie. Le CEA Le Ripault développe actuellement une nouvelle génération de joints céramiques fonctionnant à 900 °C pour répondre à la problématique d’étanchéité de ces systèmes.
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3. Joint céramique haute température
Afin de réaliser une étanchéité efficace entre deux couches composant une pile à combustible solide de type SOFC, un joint composite solide à matrice céramique chargé de particules de fondant céramique ou verre est mis en œuvre par projection plasma sur l’une ou les deux faces à assembler .
Le joint est solide, non déformable et adhère à son support à température ambiante. Il se forme et acquiert ses propriétés lors de la mise en service en température du système grâce à un mécanisme de migration de la phase fondante par capillarité dans le volume de la matrice céramique préférentiellement vers l’interface à assembler.
La figure présente le mécanisme de conditionnement du joint.
Brut de projection thermique, le matériau se compose d’une matrice céramique microfissurée dans les trois directions, typique d’un dépôt plasma, incluant les particules de fondant disséminées de manière homogène dans le matériau. À la mise en service, lors de la phase de montée en température, la phase fondante passe d’un état solide à un état visqueux, voire liquide selon sa nature. À ce stade, le fondant migre par capillarité à travers le réseau de microfissures vers la surface du joint et colmate l’espace libre à l’interface joint/matériau. À mesure que le fondant diffuse dans la matrice, les particules initiales de fondant se vident, créant de nouvelles porosités fermées. Si la quantité de fondant introduite initialement dans la matrice est suffisante, on obtiendra un matériau présentant un taux de porosité ouverte nul et dont le réseau de microfissures initial sera intégralement colmaté par le fondant. Les surfaces libres du matériau seront alors revêtues d’une couche de fondant qui assurera une étanchéité avec la pièce mise en regard.
3.1 Choix de la matrice et du fondant
La matrice est solide tout au long de la vie opérationnelle de l’objet. Elle assure l’intégrité mécanique du joint et sert de réservoir de fondant. Elle peut également assurer d’autres fonctions, comme...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Solid Oxide Fuel Cells VI - The Electrochemical Society ; proceedings volume 99-19 ; Singhal Dokiya (1999).
-
(2) - Solid electrolyte fuel cell - Brevet n° US 5,399,442, 21/03/1995.
-
(3) - Solid oxide fuel cells - Brevet n° US 5,185,219 (1993).
-
(4) - Solid oxide fuell cell having vias and a composite interconnect - Brevet US 6,051,330 ; 18/04/2000.
-
(5) - Planar solid oxide fuel cell stack with metallic foil interconnect - Brevet US 6,106,967 ; 22/08/2000.
-
(6) - Fuel cell assembly - Brevet US 6,274,258 B1 ; 14/08/2001.
-
(7) - BIANCHI (L.) et al - Des...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
WO/2006/048573, 11 mai 2006, Module de pile à combustible à interconnecteurs flexibles (fuel cell module provided with flexible interconnectors).
WO/2006/048574, 11 mai 2006, Module de pile à combustible, son procédé de fabrication et unité contenant plusieurs de ceux-ci (fuel cell module, method for the production thereof and a unit comprises a number thereof).
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