采用綠色能源是能源領(lǐng)域未來發(fā)展的主要趨勢,也是有效緩解當(dāng)下傳統(tǒng)能源短缺及其環(huán)境污染問題的手段之一。氫能不僅來源廣泛,而且是清潔綠色能源,其反應(yīng)后的產(chǎn)物不會對環(huán)境造成污染,因此以氫能為燃料的固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）受到了廣泛關(guān)注。本論文根據(jù)平板式陽極支撐型SOFC的工作原理,采用有限元分析方法對其電化學(xué)性能和熱應(yīng)力場分布進(jìn)行仿真分析,研究其運(yùn)行參數(shù)和流場設(shè)計對電化學(xué)性能和熱應(yīng)力場的影響規(guī)律,以改善SOFC的輸出特性與結(jié)構(gòu)性能。本論文的主要研究內(nèi)容包括:（1）建立了平板式陽極支撐型SOFC的穩(wěn)態(tài)仿真模型,進(jìn)行了SOFC熱應(yīng)力耦合電化學(xué)反應(yīng)的仿真分析,模擬結(jié)果與相關(guān)實驗結(jié)果相吻合。（2）受SOFC結(jié)構(gòu)和電化學(xué)反應(yīng)的影響,其內(nèi)部溫度場、氣體組分和電流密度皆分布不均。提高氧化氣進(jìn)氣速率、增加燃料氣的進(jìn)氣摩爾分?jǐn)?shù)以及提高SOFC的運(yùn)行溫度,均有利于SOFC電化學(xué)性能的提升。在相同工況下,采用同向流動方式時,SOFC的電化學(xué)性能要優(yōu)于反向流動及交叉流動的方式。優(yōu)化流道尺寸,提升SOFC電化學(xué)性能的方式包括:在流道高度和流道數(shù)一定時,適當(dāng)增加進(jìn)氣流道寬... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SOFC輔助動力系統(tǒng)

.9 ～ 1.2 kW/m2的單體 SOFC[10]。武漢理工大學(xué)依托湖北省燃料電，開展材料學(xué)院和汽車工程學(xué)院交叉學(xué)科的建設(shè)，研發(fā)和促進(jìn)相。同時，其他高校如清華大學(xué)主要利用新工藝合成燃料電極等材1]。吉林大學(xué)在科學(xué)基金的資助下，對 SOFC 的三合一電極（Polyte/Negative，PEN）材料等進(jìn)行研究，成功開發(fā)出開路電壓約 1.2 FC。

圖 2-1 平板式陽極支撐型 SOFC 工作原理圖[18]2.2 SOFC 的結(jié)構(gòu)與材料2.2.1 SOFC 的結(jié)構(gòu)SOFC 主要由陽極（Anode）、陰極（Cathode）、電解質(zhì)（Electrolyte）、集流板（Interconnect）和密封材料（Sealing material）組成。SOFC 工作溫度相對較高，其內(nèi)部組件材料需適應(yīng)復(fù)雜的反應(yīng)環(huán)境，根據(jù)三合一電極結(jié)構(gòu)的不同，SOFC可分為管式、平板式、瓦楞式等多種結(jié)構(gòu)，圖 2-2 為它們的結(jié)構(gòu)示意圖。平板式 SOFC 在結(jié)構(gòu)方面相對簡單，電解質(zhì)制備相對容易且十分經(jīng)濟(jì)，在組建電池堆方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢；管狀 SOFC 雖然在制作的過程中沒有高溫同時密封的技術(shù)難題，不過其結(jié)構(gòu)使得 SOFC 的制備過程很復(fù)雜，電子傳遞路徑很長，三種極化現(xiàn)象嚴(yán)重，成本相對昂貴；瓦楞式 SOFC 省去了支撐結(jié)構(gòu)，有效面積大，不用高溫密封，但大面積電池堆分成單元組一次性燒成難度很大，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微管固體氧化物燃料電池的熱應(yīng)力分析[J]. 徐穎強(qiáng),段辰宸,王雷雷.  電源技術(shù). 2013(08)
[2]平板式SOFC釬焊自適應(yīng)密封熱應(yīng)力與變形分析[J]. 蔣文春,張玉財,關(guān)學(xué)偉.  焊接學(xué)報. 2012(11)
[3]板式固體氧化物燃料電池的熱應(yīng)力分析[J]. 樊鵬飛,張兄文,李國君,劉倩.  西安交通大學(xué)學(xué)報. 2012(07)
[4]燃料電池產(chǎn)業(yè)最新動態(tài)[J]. 劉錚,謝麗英.  稀土. 2011(04)
[5]平板狀SOFC結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力特性分析[J]. 李琛,姜樂華,佐曉波.  化學(xué)工程與裝備. 2008(08)
[6]平板式SOFC結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力的有限元分析[J]. 陳弦,楊杰,蒲健,李箭.  無機(jī)材料學(xué)報. 2007(02)
[7]固體氧化物燃料電池三維熱流電化學(xué)分析[J]. 王桂蘭,楊云珍,張海鷗.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2007(08)
[8]平板狀固體氧化物燃料電池的數(shù)值模擬[J]. 高保軍,任波,李利軍.  能源技術(shù). 2007(01)
[9]固體氧化物燃料電池電化學(xué)與熱分析耦合的二維模型[J]. 林子敬,張曉華.  無機(jī)材料學(xué)報. 2003(03)
[10]固體氧化物燃料電池研究進(jìn)展[J]. 遲克彬,李方偉,李影輝,萬書寶,肖海成,孔繁華,張鳳華.  天然氣化工. 2002(04)

博士論文
[1]多通道SOFC內(nèi)部傳遞過程研究與數(shù)值分析[D]. 張中剛.大連海事大學(xué) 2015
[2]固體氧化物燃料電池多物理場耦合數(shù)值模擬研究[D]. 王求生.華中科技大學(xué) 2009
[3]平板式固體氧化物燃料電池氣道模擬與優(yōu)化[D]. 畢武喜.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[4]含功能梯度立體電極SOFC熱流電化學(xué)力學(xué)耦合數(shù)值模擬[D]. 楊云珍.華中科技大學(xué) 2008
[5]平板狀陽極支撐固體氧化物燃料電池的實驗與數(shù)值模擬[D]. 湯根土.浙江大學(xué) 2005

碩士論文
[1]等離子熔積成形金屬零件數(shù)值模擬[D]. 李嘯.華中科技大學(xué) 2011
[2]固體氧化物燃料電池系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模[D]. 馮興強(qiáng).上海交通大學(xué) 2009
[3]固體氧化物燃料電池傳熱傳質(zhì)數(shù)值分析[D]. 李琛.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[4]固體氧化物燃料的電池電化學(xué)分析與數(shù)值仿真[D]. 曾淑琴.華中科技大學(xué) 2007



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