Interconnecteurs métalliques de piles à combustible de type SOFC : résistance à la corrosion et conductivité électrique à haute température

par Sébastien Fontana

Thèse de doctorat en Sciences. Chimie - Physique

Sous la direction de Sébastien Chevalier et de Gilles Caboche.

Soutenue en 2009

à Dijon .


  • Résumé

    Les interconnecteurs représentent une pièce maîtresse des piles à combustibles à oxyde solide (SOFC) car ils sont chargés de collecter et de délivrer les électrons produits lors de la réaction électrochimique du cœur de pile. Les matériaux d’interconnecteurs doivent donc être stables sous air et sous H2/H2O. Ce travail vise à étudier l’influence d’un mince revêtement d’oxydes d’éléments réactifs (La2O3, Y2O3) réalisé par MOCVD sur le comportement à haute température (800°C) de matériaux d’interconnecteurs métalliques, tels que les alliages Crofer22APU, Haynes230 et Fe30Cr. La réalisation de tests de longue durée (7 700 et 15 400 heures) s’est avérée être riche en enseignements. Le suivi cinétique, la caractérisation des couches d’oxyde et la détermination du paramètre ASR ont permis d’établir que la présence d’oxydes de type pérovskite (LaCrO3, YCrO3), formés lors de l’oxydation, permettaient d’améliorer sensiblement la conductivité électrique des matériaux d’interconnecteurs. Sous atmosphère anodique (H2/10%H2O), même si les éléments réactifs conservent leur effet bénéfique, les cinétiques de corrosion sont plus rapides. L’augmentation de la porosité de la couche, l’amélioration de l’adhérence et la diminution de la taille des grains d’oxyde portent à croire que la diffusion anionique devient prépondérante sous vapeur d’eau. Enfin, l’effet bénéfique d’une pré-oxydation courte à 1 000°C sur le comportement des alliages revêtus et non revêtus est établi. Des expériences de marquage isotopique sous 16O2/18O2 ont démontré que cette amélioration s’explique par un changement du mécanisme de diffusion, la pré-oxydation engendrant une diminution de la contribution cationique.

  • Titre traduit

    Metallic interconnects for SOFC : corrosion resistance and electrical conductivity at high temperature


  • Résumé

    The need of interconnect to connect individual cells into electrical series in a SOFC stack appears as one of the most important point in fuel cell technology. The main important criteria requires for interconnect is an excellent oxidation resistance in air and in H2/H2O. The goal of this study is to determine the influence on corrosion behaviour of a reactive element oxide coating (La2O3, Y2O3) realized by MOCVD on different metallic alloys like Crofer22APU, Haynes230 and Fe30Cr. The realisation of long ageing (7 700 and 15 400 hours) proved to be insightful. The corrosion kinetic experiments, the oxide scale characterisation and ASR measurements established that the presence of perovskite oxides (LaCrO3, YCrO3), formed during oxidation, can significantly improve the electrical conductivity of metallic interconnects. In H2/10%H2O (anode side), the beneficial effect of reactive element oxides is less important than in air. The oxide scales formed in wet hydrogen are more porous and have a smaller grain size; this fact increases the plasticity of the oxide scale and could be explained by an increase of the anionic diffusion. Finally, the study demonstrated that the realisation of a short pre-oxidation at 1,000°C on uncoated and coated alloys can improve the oxidation resistance. Two stage oxidation experiments at 800°C in 16O2/18O2 demonstrated that this improvement could be explained by a change of the corrosion mechanism; the pre-oxidation decreases the cationic diffusion.

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Informations

  • Détails : 1 vol.(179 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres, [201] réf.

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  • Bibliothèque : Université de Bourgogne. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TDDIJON/2009/54
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