Cellules d’électrolyse à oxyde solide (SOEC)
Le verre pourrait-il être la clé de la vie sur Mars ?
La vie est-elle possible sur d’autres planètes ? Pour tenter de répondre à cette question, l’agence spatiale américaine de la NASA a envoyé son rover « Perseverance » sur Mars en juillet 2020. Perseverance a atterri sur Mars en février 2021 avec à son bord sept instruments uniques. Ils permettront d’explorer la planète mieux que jamais. L’un des instruments les plus intéressants est le MOXIE (« Mars Oxygen ISRU Experiment », Expérience d’utilisation in situ des ressources en oxygène de Mars). Pour la première fois, il est tenté de produire de l’oxygène par électrolyse du dioxyde de carbone de l’atmosphère martienne. Le MOXIE utilise un empilement d’électrolyse à oxyde solide (SOXE) développé par la société américaine OXEon Energy. Au cours de son voyage dans l’espace, l’empilement est exposé à des conditions extrêmes : elle doit non seulement résister aux vibrations du lancement de la fusée et à l’impact de l’atterrissage, mais également fonctionner à des températures allant de -55 °C à plus de 800 °C. Pour maintenir la haute efficacité de l’empilement pendant toute la durée de la mission, OXEon utilise des scellements vitrocéramiques spéciaux de SCHOTT.
Fonctionnement du MOXIE
Le MOXIE utilise un empilement d’électrolyse à oxyde solide (SOXE) pour convertir le dioxyde de carbone (CO2) en dioxygène (O2), lequel est développé par OXEon Energy. Ses éléments de travail se composent de cellules empilées supportées par un électrolyte et recouvertes d’une cathode d’un côté et d’une anode de l’autre. Des plaques interconnectées séparent et dirigent les gaz à travers l’empilement. Ces plaques sont scellées à l’aide de la vitrocéramique SCHOTT, hautement résistante à la température et étanche.
Lorsque le CO2 passe sur la cathode sous un potentiel électrique appliqué, une réaction se produit et il est électrolysé. Le monoxyde de carbone (CO) est rejeté et l’ion oxygène est entraîné, par un procédé électrochimique, à travers le SOXE vers l’anode où il est oxydé. Les atomes d’oxygène (O) se combinent pour produire du dioxygène (O2).
Les scellements en verre relient les empilements d’électrolyse avec des liaisons hermétiques sûres
Pendant la production de l’empilement SOXE, la poudre de verre est fondue pour former une liaison entre l’électrolyte céramique et l’interconnexion métallique de la cellule. Le verre de scellement est formulé pour correspondre exactement au coefficient de dilatation thermique des métaux et de la céramique, créant un scellement hermétique sans compromis qui reste stable même lorsque les températures changent. De plus, les interconnexions des cellules commutées en série dans un empilement sont isolées électriquement par le verre sans alcalins, même à des températures élevées.
« Les températures extrêmes et les forces élevées représentent un défi particulier pour le MOXIE », explique le Dr Jens Suffner, directeur technico-commercial chez SCHOTT Electronic Packaging. « De nombreux types de verre deviennent mous et élastiques à partir d’une température de 500 °C. » Pour éviter cela, SCHOTT utilise des verres de scellement spéciaux avec des phases cristallines définies. Cela permet de maintenir le joint de verre étanche aux gaz et en place avec une résistance suffisante, même dans les conditions rigoureuses qui règnent sur Mars.
Si la mission du MOXIE est couronnée de succès, cela pourrait révolutionner l’exploration humaine sur Mars. L’air respirable nécessaire à une mission spatiale habitée pourrait être généré directement sur place. L’oxygène ainsi créé sera également utilisé comme oxydant pour la production de combustible pour la fusée. Cela résoudrait une partie essentielle du défi que constitue actuellement un vol de retour. En effet, jusqu’à présent, le voyage vers la planète rouge a été considéré comme étant à sens unique.
Pourquoi le verre de scellement SCHOTT fonctionne bien sur Mars
