OXYDATION D'INTERCONNECTEURS METALLIQUES DE PILE A COMBUSTIBLES DE TYPE SOFC SOUS HYDROGENE ENRICHI EN VAPEUR D'EAU
Résumé
Les interconnecteurs représentent une pièce maîtresse des piles à combustibles à oxyde solide (Solid Oxide Fuel Cells : SOFCs) car ils sont chargés de collecter et de délivrer le courant produit par la pile. Les matériaux d'interconnecteurs sont à la fois en contact avec l'anode et la cathode et doivent donc être parfaitement stables dans l'air (côté cathodique) et dans l'hydrogène enrichie en vapeur d'eau (côté anodique). Les matériaux métalliques les plus prometteurs sont les chromino-formeurs. Ces alliages sont choisis car, à haute température, ils forment une couche de chromine, Cr2O3, protectrice vis-à-vis des conditions corrosives de fonctionnement de la pile. Cependant, cette couche d'oxyde est peu conductrice et peut se transformer notamment en présence de vapeur d'eau en espèces volatiles (CrO3 ou CrO2(OH)2) entraînant alors la dégradation de la pile. A haute température, l'utilisation d'éléments réactifs tels que les éléments du début de la famille des lanthanides et l'yttrium sont connus pour améliorer à la fois la résistance à l'oxydation et la conductivité électrique sous air. Ainsi la première étude [1] a révéler l'effet bénéfique sur la tenue à l'oxydation et la conductivité électrique d'un mince revêtement d'oxydes d'éléments réactifs (La2O3, Y2O3, Nd2O3) réalisé par MOCVD (Metal Organic Chemical Vapour Deposition) sur des alliages commerciaux tels que le Crofer22APU, l'AL453 ou l'Haynes230. Cette amélioration s'explique par la formation, lors de l'oxydation, d'oxyde de type pérovskite (LaCrO3, YCrO3, NdCrO3) qui ont une bonne conductivité électrique à haute température. L'effet bénéfique de ce type de revêtement sur la corrosion des ces alliages commerciaux en milieu anodique (H2/10%H2O) et l'influence de la vapeur d'eau sur la tenue à la corrosion de ce type d'alliage sont encore mal connus. Ainsi, l'objectif de cette étude est de tester ces revêtements (La2O3, Y2O3, Nd2O3) sur ces différents alliages sous H2/10%H2O sous une pression de 150 mbar (côté anode de la pile). Les produits de corrosion ont été analysés par Microscopie Electronique à Balayage (SEM), Microsonde électronique (EDX), Diffraction des Rayons X (XRD) et Spectroscopie de Masse d'Ions Secondaires (SIMS). Même si la présence de vapeur d'eau augmente la vitesse d'oxydation et modifie les morphologies des couches d'oxydes, la présence d'oxyde d'éléments réactifs améliore la tenue à la corrosion.