管式固体氧化物燃料电池的数值模拟

通过耦合速度场、温度场、电势场和组分浓度场，建立了以纯氢气为燃料的管式固体氧化物燃料电池（SOFC）数学模型，并对西门子．西屋公司阴极支撑型（AES）管式SOFC进行了轴向二维模拟。模拟结果表明，组分浓度和电流密度的分布与SOFC的运行工况密切相关。在所模拟的电压范围内，欧姆极化起主要作用，提高固体氧化物燃料电池的平均工作温度、改善多孔电极的微观结构、使用纯氧代替空气作为氧化剂可改善电池性能。图8参10     

支撑形式及多孔电极结构参数对SOFC性能的影响

研究不同结构设计条件下，活化极化、欧姆极化、浓差极化对SOFC性能的影响。在分析浓差极化时，综合考虑了普通扩散和Knudsen扩散，使模型更接近实际。采用灵敏度分析方法，分析了5个结构参数对SOFC性能的影响。结果表明，在该文的分析条件下，阳极支撑的设计具有较好的输出特性。     

平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池传质传热仿真研究

利用流体力学计算软件F luen t建立平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)的三维数学模型。在阳极与阴极多孔电极中使用尘气模型模拟气体质量传输并采用B rinkm an-Forschhe im er-D acy模型来模拟多孔电极中黏性与惯性效应对气体流动的影响。研究给出了燃料气与空气在同向流与反向流情况下组分浓度、电压与温度分布。结果显示在同向流情况下,电池的最大功率密度较大与温度分布较均匀合理。研究给出了多孔电极结构参数(孔隙率、曲折因子与孔径尺寸)对电池性能的影响。结果表明比较计算的极化性能与文献的实验数据两者较好的吻合。     

不同进气模式下平板式多孔介质电极SOFC的重整性能分析

在作者已开发的SOFC单电池结构及其阳极上甲烷重整的有效动力学模型的基础上,构建了直接内部重整的平板式多孔电极支撑(PES)固体氧化物燃料电池(SOFC)的全三维数学模型,根据模型分析了SOFC在不同进气模式顺流和逆流工况下,单电池内的流动、传热传质、化学、电化学和电流场等物理过程,给出了单电池内气体组分、温度、电势、电流密度等参数的空间分布。分析结果表明:进气方式对于电池的性能有一定的影响,与顺流相比在相同工况下燃用同样的燃料,采用逆流进气口电池的运行性能虽然略有提高,但是电池阳极内存在较高温度的热点,并且热点的位置不确定。     

连接体结构对固体氧化物燃料电池性能影响的数值分析

固体氧化物燃料电池（SOFC）中连接体结构对电池性能有重要影响。为探究连接体结构对固体氧化物燃料电池性能的影响，建立了传统直通、圆柱形、矩形和凹形4种不同连接体结构SOFC的三维数值模型，并对其流体流动、组分传递、电化学反应和固体流体传热的多物理场耦合过程进行了数值模拟。结果表明，在一定条件下，圆柱形、矩形和凹形连接体结构有利于电池中气体的传输，使电池的电流密度和输出功率均有所提升，其中凹形连接体结构的提升效果最明显，圆柱形、矩形连接体结构的次之。不同孔隙率下圆柱形、矩形和凹形连接体结构均优于传统直通连接体结构，在阴极孔隙率较小时其优势更加明显。     

新型平板式固体氧化物燃料电池的开发和性能分析

利用商业数值分析软件和试验获得的电池各部件材料性能数据,改进了用于分析固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池内部复杂物理过程的软件包.应用该软件包,得到了设计的新型高效平板式SOFC单电池内部各气体组分浓度、温度、电势、电流及电流密度等参数的分布规律.分析结果表明:在高燃料利用率情况下,阳极内组分扩散引起的浓度极化损失是影响电池性能的重要因素之一.该新型结构电池可有效改善电池的密封性,但其电解质需要较高的最大离子传导率.     

管式固体氧化物燃料电池单体欧姆极化分析

结合管式固体氧化物燃料电池结构特征和性能特征，建立了电池单体电压、电流和功率与电池长度、各级材料性质关系的数学模型。计算结果表明，减少电解质厚度和提高电池电流收集器的导电性可以减少电池的欧姆极化，提高电池的输出能力。     

Principle and application of electrochemical impedance spectroscopy method

电化学阻抗测定技术是一种研究电极反应动力学和电化学体系中物质传递与电荷转移的有效方法,通过电化学阻抗数据所提供的信息,能够分析电极过程的特征,包括动力学极化,欧姆极化和浓差极化,为电化学过程设计,电极材料开发和电极结构研究提供基本依据.本文在介绍电化学阻抗谱技术原理的基础上,分别以液流电池,空气扩散电极过程为对象,阐述电化学阻抗谱中电荷转移,物质传递等过程以及多孔电极本身的电荷传递电阻等,并综述阻抗技术在设计电池结构,优化电极材料等方面的应用实例.     

固体氧化物燃料电池三维模拟与性能分析

建立了平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池的三维数学模型,通过耦合电化学动力学和流体动力学模拟了电池的传热传质等传输现象。采用有限容积法计算了质量、动量、组分与能量守恒方程。研究给出了同向流与反向流情况下电流度密度、电压与功率密度分布。结果显示在同向流情况下,电池的最大功率密度较大,温度分布较均匀合理。进一步研究表明多孔电极结构参数（孔隙率、曲折因子与孔径尺寸）对电池性能有十分重要的影响。比较计算的极化性能与文献的实验数据,结果表明两者吻合的较好。     

定燃料流量和定燃料利用率时SOFC发电系统特性研究

在定燃料输入流量和定燃料利用率两种典型控制方式下,建立了固体氧化物燃料电池(SOFC)发电系统模型.研究了两种控制方式下的固体氧化物燃料电池堆的稳态特性,采用定燃料流量控制方式时考虑了燃料流量对SOFC稳态特性的影响.针对出现负荷改变和故障的情况,分别在两种典型控制模式下对SOFC发电系统进行了仿真,通过对仿真结果的比...