INTERCONNECTEURS METALLIQUES DE PILES A COMBUSTIBLES DE TYPE SOFC : EFFET DE LA VAPEUR D'EAU SUR LA RESISTANCE A LA CORROSION
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. Une étude précédente [1] a clairement démontré que sous air, l'application d'un mince revêtement d'oxydes d'éléments réactifs (La2O3, Y2O3) sur un alliage commercial comme le Crofer22APU, par la technique de dépôt chimique en phase gazeuse (MOCVD : Metal Organic Chemical Vapour Deposition) permettait d'améliorer à la fois la résistance à l'oxydation et la conductivité électrique du côté cathodique de la pile. Cette amélioration s'explique par la formation, lors de l'oxydation, d'oxyde de type pérovskite (LaCrO3, YCrO3) qui ont une bonne conductivité électrique à haute température. L'effet bénéfique de ce type de revêtement sur la corrosion du Crofer22APU 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) sur le Crofer22APU 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). Le Crofer22APU semble être parfaitement adapté pour être interconnecteur de pile SOFC. Toutefois, la cinétique de corrosion de l'alliage non revêtu sous H2/10%H2O est légèrement plus rapide que sous air. L'application d'un mince revêtement de La2O3 ou d'Y2O3 permet une amélioration de la tenue à la corrosion sous H2/10%H2O mais avec une constante de vitesse parabolique légèrement supérieure à celle obtenue sous air. En milieu anodique, les morphologies des couches d'oxydes sont très différentes de celles observées en milieu cathodique mais la nature de celles-ci reste quasiment inchangée.