Coarse-grained physics-based modelling for tape casting of fuel-electrode supports in Solid Oxide Cells
Journal of Power Sources, vol. 662, pp. 238655
Abstract
Optimising the tape casting process for fabricating NiO/YSZ cermet-based fuel-electrode supports in Solid Oxide Cells remains a resource-intensive challenge. Improving the green tape properties are often reliant on trial-and-error procedures or proprietary knowledge that is inaccessible to the broader scientific community. In this work, we use computational simulations as a powerful tool to link the manufacturing process to the final microstructure of the tape. A novel three-dimensional physics-based model is presented to simulate the slip preparation and the homogeneous drying process of the tape casting producing the fuel electrode support in Solid Oxide Cells. Our model is well-calibrated to experimental data, and we investigate the dried microstructure of the simulated support. • Discrete Element Method for the fuel-electrode substrate manufacturing. • Fitted and validated force fields for the solvent-based slurry of the substrate. • First model to link manufacturing process to physical properties of the green tape. • Simulated green tape microstructure of the fuel-electrode substrate. • Cross-sectional views of the calculated green tape are extracted from the DEM model.
Authors 7
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Centre National de la Recherche Scientifique · Forschungszentrum Jülich · Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'énergie · Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides · Université de Picardie Jules Verne
Affiliation as printed
Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Materials and Devices (IMD), IMD-2: Materials Synthesis and Processing, 52428 Jülich, Germany
Laboratoire de Réactivité et de Chimie des Solides, UMR CNRS 7314, Université de Picardie Jules Verne, F-80039, Amiens Cedex 1, France
Réseau sur le Stockage Electrochimique de l’Energie (RS2E), Hub de l’Energie, FR CNRS 3459, 15 rue Baudelocque, 80039 Amiens Cedex, France
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Centre National de la Recherche Scientifique · Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'énergie · Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides · Université de Picardie Jules Verne
Affiliation as printed
Laboratoire de Réactivité et de Chimie des Solides, UMR CNRS 7314, Université de Picardie Jules Verne, F-80039, Amiens Cedex 1, France
Réseau sur le Stockage Electrochimique de l’Energie (RS2E), Hub de l’Energie, FR CNRS 3459, 15 rue Baudelocque, 80039 Amiens Cedex, France
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Centre National de la Recherche Scientifique · Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'énergie · Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides · Université de Picardie Jules Verne
Affiliation as printed
Laboratoire de Réactivité et de Chimie des Solides, UMR CNRS 7314, Université de Picardie Jules Verne, F-80039, Amiens Cedex 1, France
Réseau sur le Stockage Electrochimique de l’Energie (RS2E), Hub de l’Energie, FR CNRS 3459, 15 rue Baudelocque, 80039 Amiens Cedex, France
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Affiliation as printed
Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Materials and Devices (IMD), IMD-2: Materials Synthesis and Processing, 52428 Jülich, Germany
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Forschungszentrum Jülich · RWTH Aachen University
Affiliation as printed
Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Materials and Devices (IMD), IMD-2: Materials Synthesis and Processing, 52428 Jülich, Germany
RWTH Aachen, Institute of Mineral Engineering, 52074 Aachen, Germany
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Forschungszentrum Jülich · Jülich Aachen Research Alliance · RWTH Aachen University
Affiliation as printed
Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Materials and Devices (IMD), IMD-2: Materials Synthesis and Processing, 52428 Jülich, Germany
Jülich Aachen Research Alliance: JARA-Energy, Jülich 52425, Germany
RWTH Aachen, Institute of Mineral Engineering, 52074 Aachen, Germany
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Alejandro A. Franco corresponding
Centre National de la Recherche Scientifique · Institut Universitaire de France · Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'énergie · Alistore · Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides · Université de Picardie Jules Verne
Affiliation as printed
ALISTORE-European Research Institute, Hub de l’Energie, FR CNRS 3104, 15 rue Baudelocque, 80039 Amiens Cedex, France
Institut Universitaire de France, 1 rue Descartes, 75231 Paris Cedex 05, France
Laboratoire de Réactivité et de Chimie des Solides, UMR CNRS 7314, Université de Picardie Jules Verne, F-80039, Amiens Cedex 1, France
Réseau sur le Stockage Electrochimique de l’Energie (RS2E), Hub de l’Energie, FR CNRS 3459, 15 rue Baudelocque, 80039 Amiens Cedex, France
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