固體氧化物燃料電池陽極電解質(zhì)界面的建模和分析.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）由于它的高效率、很強(qiáng)的燃料靈活性和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)是未來能源市場上很有前景的能量轉(zhuǎn)化裝置，但是目前它還存在很多的不足，阻礙了其更廣泛的應(yīng)用。因此，為了提高固體氧化物燃料電池的性能及競爭力，研究人員采取了各種方法從各個(gè)方面進(jìn)行嘗試。本論文中將建立模型對平板式固體氧化物燃料電池進(jìn)行數(shù)值模擬，并嘗試從優(yōu)化陽極和電解質(zhì)界面的角度提高 SOFC的電化學(xué)性能。
　　本文的模擬工具是有限元軟件COMSOL，文中利用它

2、分別成功地對含有較厚和較薄電解質(zhì)層的SOFC陽極-電解質(zhì)-陰極重復(fù)單元進(jìn)行了二維穩(wěn)態(tài)下的數(shù)學(xué)建模，模型的等式略有不同，但都以氫氣為燃料氣體并考慮了電池內(nèi)部的電荷，氣體傳輸定律和電化學(xué)反應(yīng)過程。
　　在先一個(gè)模型中，文中建模測試了五種具有不同陽極/電解質(zhì)界面的電池，以找出具有最佳電化學(xué)性能的陽極/電解質(zhì)界面電池。結(jié)果顯示較深橢圓型的界面在不同的固定電壓下比其他四種界面電池獲得更高的電流密度，對其進(jìn)一步的優(yōu)化研究發(fā)現(xiàn)，此橢圓形態(tài)在陽極

3、/電解質(zhì)界面處越深、越密集，電池總的性能表現(xiàn)就越好，和平面界面電池比較，理想下能獲得最大32％的電流密度的提升。利用第二個(gè)模型本文著重研究了陽極支撐型 SOFC中矩形的電極和電解質(zhì)界面對單電池性能的影響，模擬得到了電池內(nèi)部的氣體、電子離子電勢、活化過電勢等的分布，發(fā)現(xiàn)參數(shù) gap厚度為100μm的矩形界面單電池電流電壓曲線明顯優(yōu)于平面界面電池，其最大功率密度提升可以達(dá)到48%，并具體分析了較高的矩形界面對電池性能提升作用的原因，提出了影