Modélisation du frittage d’un cœur de pile à combustible de type SOFC à anode support innovante

Enjeux

Caractériser, étudier et prédire les défauts de forme (courbure, enroulement, ...) induits dans les couches fonctionnelles des cellules lors du frittage
Valider ou infirmer les hypothèses en s’appuyant sur les résultats de la modélisation thermo-mécanique
Simuler les processus intervenant lors du frittage des cellules sur la base d’un modèle intégrant les caractéristiques morphologiques et mécaniques des matériaux constitutifs ainsi que leurs dimensions pour anticiper les effets d’échelle

• Simuler les processus intervenant lors du frittage des cellules sur la base d’un modèle intégrant les caractéristiques morphologiques et mécaniques des matériaux constitutifs ainsi que leurs dimensions pour anticiper les effets d’échelle
• Etablir des hypothèses sur l’origine de ces déformations
• Valider ou infirmer les hypothèses en s’appuyant sur les résultats de la modélisation thermo-mécanique

Compétences développées

• Mise en place d’essais mécaniques, tels que dilatométrie et flexion 3 points sous charge de 45 cN pour la détermination des paramètres mécaniques des lois de comportement
• Définition d’un modèle thermo-mécanique permettant de décrire le comportement au frittage de systèmes multicouches

Impacts et persectives

• Ces simulations réduisent les étapes répétitives inhérentes à une approche empirique d’optimisation de cycles de frittage ; elles fournissent une indication précise sur les paramètres « matériaux » à implanter dans le modèle pour disposer après frittage de cellules planes et superposables
• Préciser les lois de comportement de la mousse de NiCrAl en programmant un cycle de frittage répété, et prendre en compte le frittage en deux étapes du matériau LST
• Rendre le modèle plus « réaliste » en y intégrant la dilatation thermique et le phénomène de déliantage intervenant dans les couches constitutives, lors du traitement thermique en dessous de 400 °C

Résultats

• Les essais de dilatométrie et de fluage ont été mis en œuvre afin de mesurer respectivement le retrait au cours du frittage et la déflexion verticale de chaque constituant de la cellule en fonction de la température
• Le modèle a permis de prédire la déformation (ici le flambage) d’une cellule de type SOFC (Ø : 20 mm, épaisseur: 700 μm) frittée à 1200 °C et 1300 °C (rampe : 5 °C min-1) sous charge
• Les caractéristiques morphologiques (gradient de porosité, anisotropie du frittage, ...), géométriques (diamètre des cellules, épaisseur des couches, ...) et mécaniques ont été implantées dans le modèle