Développement de la pile à combustible à carbonate fondu et à consommation de lignine (MC-LFC)

La demande mondiale d'électricité en plein essor est due principalement à l'augmentation de la population (besoin d'utiliser plus d'énergie) et à la croissance économique (besoin de produire encore plus). En effet, cette forte demande conduit nécessairement à explorer de nouvelles technologies de production d'énergie ou à améliorer les technologies existantes de manière durable. Pour soutenir cette ambition nous avons développé une nouvelle classe de pile DCFC nommée molten carbonate and lignin fuel cell (MC-LFC) convertissant du carbone biosourcé tel que la lignine à travers une réaction électrochimique en électricité et dont le rendement du système excède 80% alors que celui des moteurs thermiques classiques ne dépasse les 40%. La mise au point de cette pile MC-LFC débutent par une étude analytique qui consiste à utiliser des logiciels de modélisation tels que FactSage et COMSOL. En effet, le logiciel Factsage a permis exclusivement de simuler pour la première fois la décomposition de la lignine dans une solution de carbonate fondue en présence ou en absence de gaz CO2. En faisant varier la température entre 500 °C et 900 °C et la pression (entre 1 ATM et 30 ATM), les résultats ont montré la présence de carbone pur et la formation de gaz composés principalement de : H2, CO, CO2, CH4 et H2O selon différentes proportions molaires. Par la suite, le logiciel COMSOL a permis de dégager la morphologie prévisible de la densité de puissance ou de la tension en fonction de la densité de courant. Nous avons notamment envisagé une analyse sur la dépendance de la performance de la pile MC-LFC vis-à-vis de divers paramètres physico-chimiques des matériaux (conductivité, porosité, perméabilité) et des conditions d'opérations (température et pression). Les résultats montrent que pour une meilleure performance de la pile MC-LFC, la densité de courant d'échange dans le compartiment anodique et cathodique doit être respectivement dans l'intervalle [0,075 A/m2, 0,75 A/m2] et [1,58 A/m2, 15,8 A/m2]. La conductivité électrique de l'électrolyte, des matériaux anodique et cathodique peut se situer respectivement dans l'intervalle [26S/m, 265S/m], [25S/m, 250S/m] et [19S/m, 60S/m]. On constate aussi que l'augmentation de la température de 700K à 1000K engendre une baisse de la densité de puissance maximale de la pile (environ 1500 mW/cm2 à 1260 mW/cm2).On a tout intérêt à faire fonctionner la pile MC-LFC sous une température de 500°C . On note également que la concentration molaire de CO2 et de O2 dans le compartiment cathodique doit être contrôlée (soit respectivement inférieur à 5 mol/m3 et 10 mol/m3). Une porosité de 0,2 avec une perméabilité comprise entre 10 m2 et 12 m2 ou une porovi sité de 0,4 avec une perméabilité située dans l'intervalle 10 m2 et 9 m2 est convenable pour la pile MC-LFC car la variation de ces paramètres n'entraine pas de changement considérable sur la courbe de polarisation.