La production d'hydrogène vert est absolument indispensable à la réalisation d'une économie de l'hydrogène car, contrairement à l'hydrogène gris, elle ne génère pas de grandes quantités de dioxyde de carbone lors de sa production. Les piles à oxyde solide (SOEC), qui utilisent des énergies renouvelables pour extraire l'hydrogène de l'eau, suscitent un intérêt croissant du fait de leur absence de polluants. Parmi ces technologies, les piles à oxyde solide haute température présentent l'avantage d'un rendement élevé et d'une vitesse de production rapide.
La batterie céramique protonique est une technologie SOEC haute température qui utilise un électrolyte céramique protonique pour le transfert des ions hydrogène au sein d'un matériau. Ces batteries exploitent également une technologie permettant de réduire les températures de fonctionnement de 700 °C ou plus à 500 °C ou moins, ce qui diminue la taille et le coût du système, tout en améliorant sa fiabilité à long terme grâce à un vieillissement retardé. Cependant, le mécanisme clé responsable du frittage des électrolytes céramiques protiques à des températures relativement basses lors du processus de fabrication de la batterie n'étant pas encore clairement défini, leur commercialisation reste difficile.
L'équipe de recherche du Centre de recherche sur les matériaux énergétiques de l'Institut coréen des sciences et technologies a annoncé avoir découvert ce mécanisme de frittage de l'électrolyte, ouvrant la voie à une possible commercialisation : il s'agit d'une nouvelle génération de batteries céramiques à haut rendement qui n'avaient pas été découvertes auparavant.
L'équipe de recherche a conçu et réalisé diverses expériences modèles basées sur l'effet de la phase transitoire sur la densification de l'électrolyte lors du frittage des électrodes. Elle a découvert, pour la première fois, que l'apport d'une faible quantité d'agent de frittage gazeux, issu de l'électrolyte transitoire, favorise le frittage de ce dernier. Les agents de frittage gazeux sont rares et difficiles à observer techniquement. Par conséquent, l'hypothèse selon laquelle la densification de l'électrolyte dans les cellules céramiques protoniques serait due à la vaporisation de l'agent de frittage n'avait jamais été proposée auparavant. L'équipe de recherche a utilisé la modélisation numérique pour vérifier l'agent de frittage gazeux et a confirmé que la réaction ne compromet pas les propriétés électriques uniques de l'électrolyte. Il est donc possible de concevoir le procédé de fabrication de base des batteries céramiques protoniques.
« Grâce à cette étude, nous nous rapprochons de la mise au point du procédé de fabrication de base des batteries proton-céramique », ont déclaré les chercheurs. « Nous prévoyons d'étudier à l'avenir le procédé de fabrication de batteries proton-céramique de grande surface et à haut rendement. »
Date de publication : 8 mars 2023