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HyP3D fabrique des cellules à oxyde solide avancées avec l'impression 3D

22 Mai 24

L'utilisation de SOC réversibles pour produire de l'hydrogène renouvelable est prometteuse pour le stockage d'énergie, mais la fabrication traditionnelle en céramique en limite l'efficacité et le potentiel.

Un article récent intitulé : "Impression 3D de piles réversibles à oxyde solide pour la production efficace d'hydrogène et la génération d'énergie" a été publié dans le Journal of Power Sources.

Ici, la question concerne les technologies des SOC (Solid Oxide Cell), qui se sont considérablement améliorées, augmentant les performances et la durabilité des dispositifs. Cependant, les progrès au niveau des piles restent limités en raison des contraintes liées à la fabrication céramique traditionnelle.


Une approche expérimentale


"Parmi les approches les plus pertinentes et révolutionnaires au niveau des cellules et des piles, figurent les architectures de cellules tubulaires plates et les cellules planaires intégrées sur des substrats poreux, telles que proposées par Rolls-Royce.", selon l'article. De plus, "De nos jours, les nouvelles technologies de fabrication émergentes telles que l'impression 3D permettent la création de géométries de formes complexes… ouvrant de nouvelles possibilités pour développer des conceptions avancées dans les SOC et d'autres technologies énergétiques."

L'article traite de l'exploration d'un concept de pile SOC ultra-compact utilisant des cellules ondulées, standardisées et supportées par électrolyte, imprimées en 3D. Les cellules 3YSZ supportées par électrolyte ont été produites sur une imprimante 3D SLA industrielle (Ceramaker C1000 FLEXMATIC) avec une méthode de lame docteur. Les modèles CAO des cellules ondulées ont été importés dans l'imprimante, qui les a découpés en couches de 50 μm. La pâte 3YSZ de 3DCERAM SINTO a été déposée sur la plateforme de 300 × 300 mm, durcie avec un laser, et la plateforme abaissée de 50 μm par couche. Cette séquence a continué jusqu'à ce que l'électrolyte du corps vert soit terminé. La formulation non polymérisée est recyclée pour retourner dans le circuit de production.

Le test de viscosité a été réalisé en triplicata sur des spécimens de pâte séparés, donnant des lectures de viscosité très cohérentes et précises à travers les multiples essais.


Des résultats très encourageants


L'image ci-dessous montre des composants YSZ sans défaut avec des caractéristiques uniques telles que des membranes d'électrolyte ondulées fines, des canaux de gaz intégrés, des trous d'entrée/sortie et des cadres d'étanchéité. La membrane ondulée augmente la surface active de 60 % par rapport aux cellules plates, passant de 45 cm² à 72 cm², tout en améliorant la distribution du combustible/de l'air et la résistance mécanique pendant le traitement.




Du côté de la production…


Les images SEM en coupe transversale ont vérifié la bonne attache des couches, la densité et l'homogénéité de l'électrolyte fabriqué. L'électrolyte entièrement dense n'avait ni fissures ni délaminage et une petite taille moyenne de grain d'environ 400 nm. Les images à plus fort grossissement montraient les étapes d'impression couche par couche, confirmant expérimentalement une résolution nominale d'environ 50 μm sur tous les axes x, y, z.


Le processus de fabrication par impression 3D s'est avéré très robuste, produisant plus de 30 unités des conceptions de cellules complexes avec un taux de réussite de production impressionnant de 85 %. La qualité élevée et la reproductibilité constante obtenues pour ces cellules complètes ont permis la fabrication et la validation ultérieures de piles complètes incorporant les composants cellulaires de formes complexes.

"Dans l'ensemble, les résultats obtenus en modes SOEC et SOFC ont démontré une bonne performance du sous-ensemble." Les tests de performance et de stabilité opérationnelle détaillés dans l'article complet ont démontré les performances et la durabilité supérieures du concept de conception innovant proposé, validant davantage sa pertinence pour une mise à l'échelle vers des systèmes de gamme kilowatt.


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