Séminaire mi parcours édition HPAC 2009, 7 et 8 décembre 2011, Montpellier Objectifs du projet : Produire de l’hydrogène par électrolyse de la vapeur avec un conducteur protonique entre 400 et 600°C en aval d’une installation produisant une énergie décarbonée Recherche d’un fonctionnement performant de l’électrolyseur avec un changement d’échelle de l’assemblage (collecteur/électrode/électrolyte). A - Performance : Il s’agit de minimiser la tension aux bornes de l’électrolyseur en fonctionnement, par: optimisation des matériaux mixtes céramique-métal vis-à-vis des processus de vieillissement étude et le réglage des processus thermo-fluidiques dans la cellule B - Changement d’échelle : Pour tendre vers une unité pilote, il est nécessaire d’obtenir une : augmentation de la taille des assemblages (électrolyte/électrodes/collecteur) augmentation de la longueur des liaisons céramique-métal (brasures) HELEVA
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Séminaire mi parcours édition HPAC 2009, 7 et 8 décembre 2011, Montpellier
Objectifs du projet :
Produire de l’hydrogène par électrolyse de la vapeur avec
un conducteur protonique entre 400 et 600°C en aval d’une installation
produisant une énergie décarbonée
Recherche d’un fonctionnement performant de l’électrolyseur avec un
changement d’échelle de l’assemblage (collecteur/électrode/électrolyte).
A - Performance :
Il s’agit de minimiser la tension aux bornes de l’électrolyseur en
fonctionnement, par:
optimisation des matériaux mixtes céramique-métal vis-à-vis des processus de vieillissement
étude et le réglage des processus thermo-fluidiques dans la cellule
B - Changement d’échelle :
Pour tendre vers une unité pilote, il est nécessaire d’obtenir une :
augmentation de la taille des assemblages (électrolyte/électrodes/collecteur)
augmentation de la longueur des liaisons céramique-métal (brasures)
HELEVA
Séminaire mi parcours édition HPAC 2009, 7 et 8 décembre 2011, Montpellier
HELEVA
Défis scientifiques et techniques :
Utilisation de la technologie mixte haute température-pression avec insertion
du proton dans la structure de l’électrolyte Cellule sous pression
Augmentation des intensités d’électrolyse et de la production d’hydrogène
avec une faible différence de potentiel, pour réduire le coût d’électrolyse.
STGH
Temperature (°C)
Anode : 2H2O → O2 + 4e- + 4H+
Cathode : 4H+ + 4e- → 2H2
H+
H2O
H2
O2
e-
e-
+
-
Protonic membrane (500-700°C)
U = RIelectrolyte+ RcI + RaI + c(I )+ a(I) + E +
-∆H(vapeur)< ∆H (eau)
- ∆G décroît avecT
E=1.23V1V
- Surtension décroit avec T
-La chute ohmique RI décroit
avec T
Diminution de U et P = UI
Diminution du coût de production
Séminaire mi parcours édition HPAC 2009, 7 et 8 décembre 2011, Montpellier
Résultats majeurs escomptés
réaliser l’électrolyse pendant 500 à 1000 heures avec:
- assemblage multi cellules de 10 à 20 cm2,
- un courant de 1A/cm2
à une température proche de 500°C
sachant que les données bibliographiques sont :
HELEVA
Author Electrolyte
(thickness µm)
Anode Cathode Water
content
T C I A/cm2 V(V)
Kobayashi SrZr0,9Yb0,1O3-a Cermet Pt
(3µm)
Cermet Pt (3µm) 0,57 atm 460 0,004
Sakai SrZr0,9Y0,1O3-a Pt
Sr0,SSm0,5CoO3
Sr0,SSm0,5CoO3
Pt
NiNi+SYb0,05O3-arCe0,95
0,5atm 600 0,002
0,01-0.1
3
1.41.25
Iwahara SrCeY0,1O3-a
(500 µm)
Pt+
La0,4Sr0,6CoO3-a
Pt 800 0,4 7,5
Stuart BaCe0,9Y0,1O3-a
(450µm)
Pt Pt bubbling 0,12 2,5
Gharbage SrZr0,9Y0,1O3-a Pt Pt 0.23 0,0002 1.4
Celeva Electrolyte
1000 µm
Cermet Pt Cermet Pt 10-20
bars
600 0,6 –(6) 8
Séminaire mi parcours édition HPAC 2009, 7 et 8 décembre 2011, Montpellier
PilotePilote
CaractCaractéérisationsrisations
AREVA NPCentre
Technique
AREVA NPCentre
Technique
AREVA NPCentre
Technique
AREVA NPAREVA NP
H2H2H2ElectrolyseElectrolyse
AREVA NPAREVA NP
AREVA NPAREVA NP
Elaboration des Assemblages
AREVA NPAREVA NP
PilotePilote
CaractCaractéérisationsrisations
AREVA NPCentre
Technique
AREVA NPCentre
Technique
AREVA NPCentre
Technique
AREVA NPAREVA NP
H2H2H2ElectrolyseElectrolyse
AREVA NPAREVA NP
AREVA NPAREVA NP
Elaboration des Assemblages
AREVA NPAREVA NP
Elaboration des Assemblages
AREVA NPAREVA NP
HELEVA
6 tâches principales
0- Coordination
1- Elaboration des assemblages
2- Caractérisations
3- Electrolyse
4 - Pilote
5- Veille technologique
Livrables et Jalons
-2 rapports ANR T6 et T18
- 3 réunions bilan entre partenaires
-21kg de poudre (perovskite) avec protocole de fabrication et transfert vers SCT
- électrolyseur double cellule 30mm
-électrolyseur double cellule 80
- assemblages brasés (nombre réduit)
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HELEVA Année 1 Année 2 Année 3
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
Tâche 0 Tâche de Coordination
AREVA NP
Tâche 1 Tâche d’élaboration des assemblages et brasages
ENSM-SE/SCT/CERAMEVA
Sous tâche 1 : Elaboration
60%
Sous tâche 2 : Mise en forme
50%
Sous tâche 3 : Brasages 25%
Modification du dopant et transfert
production de poudre vers SCT
Production de 11
kg par SCT et 10kg
par AREVA
Arrêt de
production
chez SCT
Mise au point d’un alliage à haut point de fusionproductiontri
couches
Optimisation des cycles de frittage-
1) Co compaction+coffritage
2) Coulage en bande milieu aqueux-
thermocompression + cofrittage
Fourniture de 10 anneaux brasés pastille diamètre 10 mm
2 anneaux
diam 10
3 anneaux diam 30 mm
(fuite)
Tâche 2 Tâche de caractérisationLADIR/ AREVA NP/ IEM/AREVA NP CT/LISE
Sous tâche 1: avant et après
vieillissement 45% Sous tâche 2 : étude électrochimique60%
Sous tâche 3 : propriétés et tenue mécaniques 30%
MEB, EDX DRX, Raman, ICP, ATD/ATG, dilato ….
Spectro métrie impédance: divers assemblages, et cermets
Nano indentation=Détermination
densification centrale
Tâche 3 Tâche électrolyse
AREVA NP/IEM/LISE
Mise en place double cellule et électrolysesur assemblage simplifié diam=10(2 électrolyseurs)
Tâche 4 Tâche pilote
Helion/AREVA NP/SCT-Réalisation du prototype 100%
-Conception et réalisation
d'empilements (2) 60%
- Caractérisation, endurance mono et
multi-cellules 60%
Construction de l’électrolyseur double cellules
Dimensionnement et Conception du pilote Heleva de diamètre 80mm double cellules 14m3/h