Contexte :
Les piles à combustible à hydrogène ou Solid Oxyde Fuel Cell (SOFC) permettent une production d’électricité et de chaleur avec de hauts rendements et sans production de CO2. Le CEA Grenoble travaille sur des systèmes haute température (800°C) réversibles qui sont capables de fonctionner autant en mode pile qu’en mode électrolyse pour la production d’hydrogène (SOEC). Ces systèmes réversibles peuvent alors servir à stocker les surplus d’électricité sous forme d’hydrogène lorsque la production électrique est abondante et à fournir de l’électricité et de la chaleur lorsque le besoin s’en fait sentir. Cela est particulièrement intéressant pour la production d’électricité à l’aide d’énergies renouvelables qui sont le plus souvent des sources intermittentes.
L’étanchéité des EHT est un point clef puisque toute fuite de l’hydrogène produit va conduire à des pertes significatives de rendement de ces systèmes. De plus, une fuite conduit en général à une dégradation accélérée des systèmes et à leurs arrêts prématurés.

Déroulement du stage :
Le stage porte sur l’étanchéité des systèmes SOFC/SOEC. Ces systèmes fonctionnant à haute température, les solutions d’étanchéité sont restreintes. Des joints de type « verre » sont utilisés. Le verre est formé à une température supérieure à celle d’utilisation pour une bonne mise en place, puis un refroidissement permet d’obtenir un joint dont la viscosité est suffisamment élevée pour résister aux surpressions. Les verres ont des structures amorphes. Les vitrocéramiques sont des verres particuliers développant une structure cristalline qui permet d’augmenter sensiblement la viscosité et la résistance aux surpressions.
Le stagiaire devra réaliser une étude de la cristallisation de deux vitrocéramiques différentes. L’évolution de la cristallisation des vitrocéramiques en fonction des températures et du temps et sa conséquence sur l’étanchéité sera étudiée. L’impact de la première étape de formation de la vitrocéramique sur le taux de cristallisation final, ainsi que l’effet du couple durée/température seront en particulier étudiés.
Durant le stage, le stagiaire s’occupera de la préparation et de la réalisation des tests dans des fours de traitements thermiques. Après essai, il préparera les échantillons en vues de ses futures caractérisations physico-chimiques par optique, MEB/EDX ou DRX. Des essais d’étanchéité seront réalisés par l’étudiant pour tester la résistance des vitrocéramiques aux surpressions. La relation entre la microstructure du verre, sa cristallisation, sa porosité et son étanchéité sera évaluée.
Le stage permettra de déterminer un cycle optimisé de conditionnement de la vitrocéramique, permettant d’obtenir le meilleur rapport entre temps de conditionnement et résistance aux surpressions.

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