PEPR Hydrogène décarboné PROTEC : Développement de cellules d'électrolyse à base de céramiques à conduction protonique
(Projet PEPR PROTEC)

Avril 2022 - Mars 2027

Partenaire IMN du projet : Eric QUAREZ   (équipe ST2E)

Coordinateur :
Institut de chimie moléculaire et des matériaux (ICGM Montpellier)
Partenaires :
FEMTO-ST Institut Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
Structures, Propriétés et Modélisation des Solides (SPMS Gif-sur-Yvette)

Unite de Catalyse et Chimie du Solide (UCCS Lille)
Institut de Chimie de la Matière Condensée (ICMCB Bordeaux)
MINES ParisTech / Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris / Paris Sciences et Lettres
Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB Dijon)

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Dans un futur proche, la production d’hydrogène vert par électrolyse jouera un rôle majeur dans la décarbonations des procédés industriels, la stabilité des réseaux électriques et le développement de la mobilité hydrogène, sous réserve que cette technologie soit compétitive (faibles coûts) et efficace. En effet, dans la mesure où l’hydrogène est produit avec des rendements élevés, des coûts d’investissement et d’opération réduits et une empreinte carbone maîtrisée, il jouera un rôle majeur dans le cadre de la transition écologique. 

Opérant dans la gamme de température 400-600°C, les dispositifs intégrant des céramiques à conduction protonique (PCEC : Proton Ceramic Electrolysis Cells) sont particulièrement prometteurs pour plusieurs raisons : ils produisent un hydrogène sec, sont supposés être plus durables que leurs analogues opérant à hautes températures et présentent une réversibilité et une flexibilité facilitées par leur principe de fonctionnement. Malgré ce fort potentiel, le développement des PCEC demeure limité comparé à celui des dispositifs haute température basés sur la conduction anionique.  Le projet PROTEC a pour objectif de développer des cellules PCEC performantes (0,8 A/cm² à 1,3 V à 600°C, durables (taux de dégradation < 2% / 1000h), et de taille significative (F = 25 mm puis 50 mm). Pour atteindre cet objectif, une séquence de procédés sera mise au point pour la fabrication de cellules de génération 1, constituées des matériaux de référence (Ni-BCZY, BCZY, BSCF) ; une mise à l’échelle progressive, intégrant des composants et interfaces plus fonctionnels, sera ensuite effectuée. Ainsi, l’optimisation des matériaux et des assemblages conduira aux cellules de génération 2, à performances et durabilité accrues. Une attention particulière sera portée au développement expérimental, à la normalisation des protocoles de fabrication et de test, au développement d’outils et de méthodologies de recherche dédiés et partagés. Les livrables finaux du projet PROTEC seront une séquence de procédés de fabrication qualifiée et des cellules de taille semi industrielle performantes et durables. La réalisation d’un short stack (3 cellules), de tests de réversibilité et de longues durées, sera programmée sur les cellules de génération 2. Ce projet a pour ambition de conforter la position de 8 laboratoires associés au CNRS, reconnus internationalement pour leur expertise dans le domaine des céramiques à conduction protonique, et de contribuer à l’émergence d’une filière hydrogène française.