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Concept
Pile à combustible à oxyde solide
Résumé
Les piles à combustibles à oxydes solides (ou SOFC selon l'acronyme anglais de Solid oxide fuel cells) sont prévues essentiellement pour les applications stationnaires avec une puissance de sortie allant de 1 kW à 2 MW. Elles fonctionnent à très hautes températures, typiquement entre et (723 et 1273 K). Leurs rejets gazeux peuvent être utilisés pour alimenter une turbine à gaz secondaire afin d'accroître le rendement électrique. Le rendement peut atteindre les 70 % dans les systèmes hybrides, appelés systèmes à chaleur et puissance combinées ou de cogénération (en anglais : combined heat and power device ou CHP). Dans ces piles, les ions oxygène sont déplacés au travers d'un oxyde solide pris comme électrolyte à haute température afin de réagir avec l'hydrogène du côté anode. En raison de la haute température de fonctionnement des SOFC, il n'y a pas besoin de catalyseur onéreux, ce qui est le cas des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (du platine par exemple). Ce qui signifie que les SOFC ne subissent pas d'empoisonnement catalytique par le monoxyde de carbone, et cela en fait par conséquent des piles hautement adaptables. Les SOFC ont été utilisés avec du méthane, du propane, du butane, du gaz de fermentation, de la biomasse gazéifiée et des vapeurs de peinture. Cependant, les composés soufrés présents dans le combustible doivent être éliminés avant de pénétrer dans la pile, ce qui peut être aisément fait grâce à un lit de charbon actif ou un absorbant à base de zinc.
L'expansion thermique demande un chauffage lent et uniforme à son début : habituellement, 8 heures ou plus sont nécessaires. Des géométries micro-tubulaires permettent de raccourcir les temps de démarrage, parfois jusqu'à 13 minutes.
Contrairement à la plupart des autres types de piles à combustible, les SOFC peuvent avoir de multiples géométries :
une géométrie plane est le type de géométrie en sandwich employée par la plupart des piles à combustible, dans laquelle l'électrolyte est "sandwiché" entre les électrodes ;
une géométrie tubulaire par laquelle l'air ou le combustible est amené à passer à l'intérieur du tube et l'autre gaz par l'extérieur.
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