Engineering and optimization of electrode/electrolyte interfaces to increase solid oxide fuel cell (SOFC) performances - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2021

Engineering and optimization of electrode/electrolyte interfaces to increase solid oxide fuel cell (SOFC) performances

Ingénierie et optimisation des interfaces électrode/électrolyte pour augmenter les performances des piles à combustible à oxyde solide (SOFC)

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Abstract

In this work, we have established an industrial fabrication protocol for single fuel cells with either architectured or planar electrode/electrolyte interfaces. We have demonstrated that in two types of samples, differing in materials, microstructure, number of layers, and architecture location, the architecturation of the electrode/electrolyte interface results in a highly significant performance increase. Polarization measurements and EIS are used to study the electrochemical performances of the cells, to compare the architectured and planar ones. We isolate the influence of the architecturation on global impedance spectra by using an innovative comparison method based on the study of the relative gaps of the frequency-dependent resistance parts. Thus, the architecturation has a strongly favorable influence on the electrochemical performances by enhancing the catalytic capabilities of the electrodes as well as the charge transfer (and in particular the ion transfer) within the cell. The architecturation induces a 60 % increase of the maximum power density for the Type I cells and 75% for the Type II cells.
Dans ce travail, nous avons établi un protocole de fabrication industrielle pour réaliser des cellules de piles à combustible avec interfaces électrode/électrolyte architecturées, ou planes. Nous avons démontré que pour deux types d'échantillons, différents par les matériaux, la microstructure, le nombre de couches et l'emplacement de l'architecture, l'architecture de l'interface électrode/électrolyte entraîne une augmentation très significative des performances. Les mesures de polarisation et l'EIS sont utilisées pour étudier les performances électrochimiques des cellules, ainsi que pour comparer les cellules architecturées et les cellules planes. Nous isolons l'influence de l'architecture sur les spectres d'impédance globaux en utilisant une méthode de comparaison innovante basée sur l'étude des écarts relatifs des parties de résistance dépendantes de la fréquence. Ainsi, l'architecture a une influence favorable sur les performances électrochimiques en améliorant les capacités catalytiques des électrodes ainsi que le transfert de charges (et en particulier le transfert d'ions) dans la cellule. L'architecture induit une augmentation de 60 % de la densité de puissance maximale pour les cellules de Type I et de 75 % pour les cellules de Type II.
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Dates and versions

tel-03191339 , version 1 (07-04-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03191339 , version 1

Cite

Rossen Tchakalov. Engineering and optimization of electrode/electrolyte interfaces to increase solid oxide fuel cell (SOFC) performances. Materials. Université Paris sciences et lettres, 2021. English. ⟨NNT : 2021UPSLM001⟩. ⟨tel-03191339⟩
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