天然气内重整和外重整下SOFC多场耦合三维模拟分析

内重整(IR)和外重整(ER)是固体氧化物燃料电池(SOFC)以天然气(NG)为燃料时的两种工作方式,不同重整方式下的电池性能、效率也不尽相同。借助有限元分析软件COMSOL Multiphysics?5.2,以天然气为燃料,建立了电池组成为Ni-YSZ//YSZ//LSCF-GDC的ER-SOFC和IR-SOFC两种三维单电池模型。模拟结果表明:相同条件下,IR-SOFC具有比ER-SOFC更高的功率密度、燃料利用率和能量利用率;阳极重整反应主要发生在靠近燃料入口的区域内;H_2和CO含量在IR-SOFC中先升高后降低,在ER-SOFC中则一直降低;IR-SOFC的温度变化更剧烈,燃料入口处温度梯度最大;越靠近集流体的区域,电解质表面的离子电流密度越大;ER-SOFC阳极不会发生热力学上的积炭现象,对于IR-SOFC,CH4热分解反应是整个阳极发生积炭的主要原因,其在燃料入口处的积炭活性高达270。