InterConnecteurs en Alliage Revêtu pour l'électrolyse de la vapeur d'eau à haute temperature – ICARE

Le projet ICARE, de type recherche industrielle, porte sur un des verrous majeurs actuels de la technologie d'électrolyse de la vapeur d'eau à haute température (EVHT), à savoir la mise au point d'interconnecteurs métalliques fonctionnant efficacement sur le long terme.
Dans les conditions de l'EVHT (atmosphère riche en oxygène côté anode et riche en vapeur d'eau côté cathode à 800°C) les interconnecteurs ne doivent pas s'oxyder trop rapidement ni former d'oxydes isolants électriquement afin de préserver une valeur de résistance de contact aux électrodes la plus faible possible. En outre, ils doivent être stables chimiquement et ne pas émettre de composés susceptibles de polluer et dégrader les électrodes tels que des oxyde de chrome. Le problème posé est donc celui de la mise au point d'interconnecteurs EVHT à propriétés de surface adaptées. Les solutions que l'on propose d'examiner dans le projet ICARE concernent l'association alliage métallique / traitements de surface. Le projet est organisé autour des enjeux qu'il appréhende avec une première étape d'identification précise des besoins de revêtement pour l'EVHT afin de définir un cahier des charges des couples alliage métallique/revêtement. Une attention particulière est portée à la contamination des cellules par des vapeurs émises par les alliages d'interconnecteur. A noter, les alliages d'interconnecteur retenus sont pour démarrer le projet : - un acier ferritique inoxydable : l'acier F18TNb produit par Arcelor Mittal Stainless, qui représente une alternative commerciale moins onéreuse que le Crofer 22APU et un alliage à faible coefficient de dilatation basé sur le système Fe-Ni-Co qui offre une possibilité d'innovation réelle pour cette application.
La seconde étape du projet concerne la mise au point de revêtements adaptés à ces alliages avec des procédés performants couplant l'opération de dépôt proprement dite et des opérations de stabilisation du dépôt (traitement thermique sous atmosphère notamment). Les matériaux constitutifs des dépôts feront partie de la famille des spinelles et des pérovskites. Deux types de procédés seront étudiés : le dépôt physique sous vide en phase vapeur et les dépôts par voie humide à partir de barbotines. Le projet aboutit sur une étape finale d'évaluation des performances des couples alliage/revêtement dans des conditions représentatives des conditions EVHT.

Les mécanismes de dégradation des surfaces revêtues en conditions EVHT, en particulier leur oxydation en atmosphère EVHT duale et l'effet du courant sur la cinétique de croissance des couches seront étudiés de façon approfondie avec des outils expérimentaux développés ou adaptés dans le cadre du projet. L'objectif du projet est de comprendre les mécanismes pour maîtriser le comportement des interconnecteurs afin de proposer une solution technologique satisfaisante. Pour appréhender la démarche de recherche complète du projet ICARE allant du développement industriel à la compréhension fine des mécanismes mis en jeu, le projet associe des partenaires industriels directement concernés par le déploiement d'une filière EVHT (ArcelorMittal et la PME PVDCo), des laboratoires académiques reconnus dans le domaine de la réactivité des alliages métalliques à haute température en environnement sévère (ICB et SIMaP) autour d'un laboratoire de recherches appliquées (CEA-Liten), déjà fortement impliqué dans le développement de la filière hydrogène, qui coordonne les travaux.