Modélisation par la méthode des éléments discrets de la conductivité effective d'électrodes pour piles à combustibles à oxyde solide (SOFC)

Abstract

Les électrodes composites des piles à combustible à oxyde solide (SOFC) sont obtenues par frittage partiel d'un mélange de poudres conductrices ioniques et électroniques. L'amélioration des performances électrochimiques des électrodes composites passe par la multiplication des points triples (où le gaz, le conducteur ionique et le conducteur électronique sont en contact), la présence d'une porosité résiduelle suffisante et la percolation des deux réseaux de particule (ionique et électronique). Afin d'optimiser sa microstructure, nous modélisons l'électrode poreuse comme un assemblage de sphères dont le frittage est simulé par la méthode des éléments discrets. L'empilement fritté est ensuite remplacé par un réseau de résistances électroniques, ioniques et électrochimiques et la conductivité effective est calculée. Nos simulations mettent en évidence l'importance des phénomènes de percolation. Nous calculons aussi la conductivité effective d'électrodes à gradient de composition et nous proposons une nouvelle architecture, plus performante, où la percolation du réseau électronique est forcée.