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Pile à combustible à oxyde solide (SOFC)

1940
  • Emil Baur
  • H. Preis
Système de pile à combustible à oxyde solide dans les applications technologiques énergétiques industrielles.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Un oxyde solide Pile à combustible La pile à combustible à oxyde solide (SOFC) utilise comme électrolyte une céramique solide et non poreuse, généralement de la zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ). Les SOFC fonctionnent à des températures très élevées, de 500 à 1 000 °C. Cette température élevée permet une grande flexibilité en matière de combustible, autorisant l'utilisation directe d'hydrocarbures comme le gaz naturel, et élimine le besoin de catalyseurs coûteux à base de métaux du groupe du platine.

In an SOFC, the charge carrier through the electrolyte is the oxide ion ([latex]O^{2-}[/latex]). At the cathode, oxygen molecules from the air are reduced by incoming electrons from the external circuit to form oxide ions: [latex]O_2 + 4e^- \rightarrow 2O^{2-}[/latex]. These oxide ions are then transported through the dense ceramic electrolyte to the anode. At the anode, the oxide ions oxidize the fuel. For hydrogen fuel, the reaction is [latex]H_2 + O^{2-} \rightarrow H_2O + 2e^-[/latex]. The released electrons travel through the external circuit to the cathode, completing the circuit and generating electricity.

La température de fonctionnement élevée présente à la fois un avantage et un inconvénient. Elle favorise une cinétique de réaction rapide sans catalyseurs à base de métaux précieux et permet le reformage interne des hydrocarbures directement à l'anode, simplifiant ainsi la conception du système. La chaleur résiduelle de haute qualité peut être récupérée pour la cogénération, permettant d'atteindre des rendements globaux supérieurs à 80 %. Cependant, ces températures élevées engendrent également d'importants défis en matière de science des matériaux, exigeant des céramiques et des interconnexions robustes capables de résister aux cycles thermiques et de prévenir toute dégradation. Il en résulte également des temps de démarrage longs, rendant les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) plus adaptées à la production d'énergie en continu qu'aux applications nécessitant des cycles marche/arrêt fréquents.

UNESCO Nomenclature: 3305
Technologie énergétique

Taper

Dispositif physique

Perturbation

Substantiel

Usage

Créneau/spécialité

Précurseurs

  • invention de la lampe Nernst par Walther Nernst (1897), qui utilisait un électrolyte céramique solide (YSZ)
  • Principe de base de la pile à combustible découvert par William Grove (1838)
  • progrès dans la science des céramiques et les matériaux à haute température

Applications

  • production d'énergie stationnaire à grande échelle pour les bâtiments industriels et commerciaux
  • systèmes de cogénération (CHP) utilisant la chaleur résiduelle de haute qualité
  • groupes auxiliaires de puissance (GAP) pour véhicules tels que les camions long-courriers
  • soutien au réseau et production d'énergie distribuée
  • applications militaires et d'alimentation à distance

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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Lié à : SOFC, oxyde solide, électrolyte céramique, YSZ, haute température, flexibilité du combustible, cogénération, CHP, énergie stationnaire, reformage interne.

Contexte historique

Pile à combustible à oxyde solide (SOFC)

1940
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1945-01-01
1949
1950
1950

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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