氨燃料管状SOFCs中热冲击影响与性能的模拟研究

研究氨燃料固体氧化物燃料电池(solidoxidefuel cells,SOFCs)热冲击的产生机理将会给电池的温度管理、可靠性管理及电池的性能优化提供更多可能性。但由于化学、电化学的反应过程复杂、模型仿真所涉物理场较多,鲜有关于氨燃料SOFCs的仿真研究。为此,该文通过建立耦合了吸热的氨气裂解反应、电化学反应、局部电流分布、温度分布以及物质流动的仿真模型,分析了单个阴极支撑的管状直接氨气裂解SOFCs的热冲击(热应力和热对流)形成机理。研究得出,过快且不均衡的氨气裂解反应是电池局部低温产生的主要原因,这会直接造成电池整体出现376K的温差。通过采用氨气预重整的方法能使氨SOFCs在相同操作电压下温度分布更均匀,平均温度更高,在800℃的环境温度下96%预重整的氨SOFCs能将阳极的温度极值差从62.16 K降为1.0 K,电池内部的温度分布得到显著改善。该研究可为氨燃料SOFCs的热管理优化提供重要理论依据,此外,该文详细展示的氨燃料SOFCs耦合模型的建模方法可以为用其他富氢气体做燃料的SOFCs的模拟仿真研究提供思路。