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Particle-based model for functional and diffusion layers of solid oxide cells electrodes

Authors :
Johan Debayle
Jérôme Laurencin
Yann Gavet
Peter Cloetens
Hamza Moussaoui
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN)
Institut National de L'Energie Solaire (INES)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Laboratoire Georges Friedel (LGF-ENSMSE)
École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Département Procédés de Mise en oeuvre des Milieux Granulaires (PMMG-ENSMSE)
Centre Sciences des Processus Industriels et Naturels (SPIN-ENSMSE)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)
Université Grenoble Alpes – CEA/LITEN
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Powder Technology, Powder Technology, Elsevier, 2020, 367, pp.67 à 81. ⟨10.1016/j.powtec.2020.03.040⟩, Powder Technology, 2020, 367, pp.67 à 81. ⟨10.1016/j.powtec.2020.03.040⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
Elsevier BV, 2020.

Abstract

International audience; A novel particle-based model is proposed to generate synthetic yet representative 3D microstructures of typical SOC electrodes. The model steps can be related to the real electrode manufacturing routes, classically via powders processing, making it a practical tool for electrodes design optimization. The representativeness of the synthetic microstructures is checked on several two-phase (LSCF, LSC) and three-phase (Ni-YSZ) electrodes reconstructed by synchrotron X-ray and FIB-SEM tomography. The validation shows a very good agreement between the real and synthetic media in terms of metric, topological and physical properties. Furthermore, the model is adapted to simulate the microstructure of a typical Ni-YSZ current collecting layer by taking into account a bimodal pore-size-distribution. In this objective, the macro-pores resulting from the burning-off of specific pore-formers are morphologically separated in the reconstruction from the micro-porosity network. Finally, the geometrical features of the macro-pores are meticulously characterized and successfully emulated by using parametric ellipsoids.

Details

ISSN :
00325910
Volume :
367
Database :
OpenAIRE
Journal :
Powder Technology
Accession number :
edsair.doi.dedup.....69566fcde1bfe4b0248b641833786f2d