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GENEPAC : pile à combustible à membrane échangeuse de protons PEMFC

Article de référence RECHERCHE ET INNOVATION | Réf : RE256 v1

ALD pour les piles à combustible à haute température

Auteur(s) : Michel CASSIR, Dorra DALLEL, Arturo MELENDEZ-CEBALLOS, Marie-Hélène CHAVANNE, Armelle RINGUEDE

Date de publication : 10 oct. 2016

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RÉSUMÉ

La nanostructuration par couches minces de différentes zones interfaciales des piles à combustible à haute température, notamment celles à oxyde solide (SOFC), est primordiale pour améliorer les performances et la durée de vie de ces dispositifs de génération d’énergie. Le dépôt par couches atomiques (ALD) est une technique de choix pour la mise en œuvre de films minces de très grande qualité, homogènes, denses et conformes. Cet article montre les avancées et le potentiel de l’ALD essentiellement pour les systèmes SOFC, mais aussi pour les piles à combustibles à carbonates fondus (MCFC) et à oxyde solide conducteur de protons (PCFC).

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ABSTRACT

ALD for high temperature fuel cells

Nanostructuring by thin layers of different interfacial areas in high temperature fuel cells, in particular solid oxide (SOFCs), is a key aspect for improving the performance and lifetime of these devices for energy generation. Atomic layer deposition (ALD) is among the most efficient techniques for processing very high quality, homogeneous, dense and conformant thin films. This review shows the advances and the potential of ALD, mainly in SOFC systems, but also for molten carbonate fuel cells (MCFCs) and proton conductor solid oxide fuel cells (PCFCs).

Auteur(s)

Michel CASSIR : Professeur - Chimie ParisTech, PSL Research University, CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), F-75005 Paris, France
Dorra DALLEL : Post-doctorante - Chimie ParisTech, PSL Research University, CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), F-75005 Paris, France
Arturo MELENDEZ-CEBALLOS : Doctorant - Chimie ParisTech, PSL Research University, CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), F-75005 Paris, France
Marie-Hélène CHAVANNE : Ingénieur d’Études - Chimie ParisTech, PSL Research University, CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), F-75005 Paris, France
Armelle RINGUEDE : Chargée de recherche - Chimie ParisTech, PSL Research University, CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), F-75005 Paris, France

INTRODUCTION

Les couches minces fonctionnalisées (électrolytes ultraminces, barrière de diffusion, barrière électronique, catalyseurs, etc.) ont un rôle prépondérant dans les nouvelles générations de piles à combustible, notamment celles dites à haute température (SOFC, MCFC, PCFC…). Parmi les techniques de dépôt, le dépôt par couches atomiques (ALD) est particulièrement approprié pour augmenter les performances des générateurs électrochimiques mentionnés. Son efficacité est mise en évidence dans les applications SOFC depuis moins de vingt ans. L’ALD apparaît incontournable pour des systèmes micro-SOFC où l’intégration de couches minces est l’aspect névralgique. Cependant, l’ALD acquiert aussi une position de premier plan dans les systèmes de plus grande dimension pour la production stationnaire d’énergie électrique et thermique, où cette technique se positionne plutôt au niveau de couches interfaciales responsables des hautes performances. Le rôle de l’ALD pour élaborer des couches protectrices de la corrosion d’électrodes ou de plaques d’interconnexion est aussi introduit dans le cas des cathodes des MCFC. L’intérêt de l’ALD est potentiellement fort dans les PCFC et les électrolyseurs à haute température.

Points clés

Domaine : Génération électrochimique d’énergie

Degré de diffusion de la technologie : Émergence et Croissance

Technologies impliquées : Piles à combustible à haute température

Domaines d’application : Énergie propre

Principaux acteurs français :

Pôles de compétitivité : Grenoble Alpes Métropole, PHYRENEES, Pôle Véhicule du futur, TENNERDIS, etc.
Centres de compétence : Toutes les informations peuvent être trouvées sur les sites de l’Association Française pour l’Hydrogène ( http://www.afhypac.org ) et le GDR HYSPAC ( http://www.gdr-hyspac.cnrs)
Industriels : Dassault, Air liquide, EDF, GDF, HELION, Axane, Paxitech, MCPHY Energy, etc.

Autres acteurs dans le monde : FCE (Fuel Cell Energy), Delphi, Bloom Energy (États-Unis), Solidpower (Italie), POSCO (Corée du Sud), Mitsubishi Heavy Industries et Toshiba (Japon), BMW (Allemagne), etc.

Contact : michel.cassir@chimie-paristech.fr

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - GROVE (W.R.), PHIL (M.) - The London & Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science, - 21, 417-420 (1842).
(2) - KORDESCH (K.V.), SIMADER (G.R.) - Fuel Cells and Their Applications. - VCH (1996).
(3) - STEVENS (P.), NOVEL-CATTIN (F.), HAMMOU (A.), LAMY (C.), CASSIR (M.) - Piles à combustibles. - Techniques de l’ingénieur [D3340] (2000).
(4) - CASSIR (M.), JONES (D.), LAIR (V.), RINGUEDÉ (A.) - Part III, Chapter 20 in ‹ Handbook of Membrane Reactors ›. - Woodhead Publishing Limited (Ed.A. Basile), 553-605 (2013).
(5) - WILLIAMS (M.C.), STARKEY (J.P.), SURDOVAL (W.A.), WILSON (L.C.) - Solid oxide fuel cell technology development in the US. - Solid State Ionics, 177(19-25): p. 2039-2044 (2006).
(6) - STEELE (B.C.H.),...

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