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Microstructural optimization of Solid Oxide Cells : a coupled stochastic geometrical and electrochemical modeling approach applied to LSCF-CGO electrode

Résumé : Ce travail porte sur la compréhension de l’impact de la microstructure sur les performances des Cellules à Oxyde Solide (SOC), avec une illustration sur l’électrode à oxygène en LSCF-CGO. Une approche couplant de la modélisation géométrique et électrochimique a été adoptée pour cet effet. Le modèle des champs aléatoires plurigaussiens et un autre basé sur des empilements de sphères ont été développés et adaptés pour les microstructures des SOCs. Ces modèles 3D de géométrie stochastique ont été ensuite validés sur différentes électrodes reconstruites par nano-holotomographie aux rayons X au synchrotron ou par tomographie avec un microscope électronique à balayage couplé à une sonde ionique focalisée. Ensuite, des corrélations semi-analytiques ont été proposées et validées sur une large base de microstructures synthétiques. Ces relations permettent de relier les paramètres ‘primaires’ de l’électrode (la composition, la porosité et les diamètres des phases) aux paramètres qui pilotent les réactions électrochimiques (la densité de points triples, les surfaces spécifiques interphases) et sont particulièrement pertinents pour les équipes de mise-en-forme des électrodes qui ont plus de contrôle sur ce premier ensemble de paramètres. Concernant la partie portant sur l’électrochimie, des tests sur une cellule symétrique en LSCF-CGO ont permis de valider un modèle déjà développé au sein du laboratoire, et qui permet de simuler la réponse électrochimique d’une électrode à oxygène à partir des données thermodynamiques et de microstructure. Finalement, le couplage des deux modèles validés a permis d’étudier l’impact de la composition des électrodes, leur porosité ou encore taille des grains sur leurs performances. Ces résultats pourront guider les équipes de mise-en-forme des électrodes vers des électrodes plus optimisées.
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Theses
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02186032
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Wednesday, July 17, 2019 - 8:54:07 AM
Last modification on : Tuesday, May 19, 2020 - 12:48:57 AM

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  • HAL Id : tel-02186032, version 1

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Hamza Moussaoui. Microstructural optimization of Solid Oxide Cells : a coupled stochastic geometrical and electrochemical modeling approach applied to LSCF-CGO electrode. Physics [physics]. Université Grenoble Alpes, 2019. English. ⟨NNT : 2019GREAI028⟩. ⟨tel-02186032⟩

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