隨著全球氣候變化和能源短缺問題日益凸顯,發(fā)展新型能源技術(shù)具有重大現(xiàn)實意義。固體氧化物燃料電池（SOFC）是全固態(tài)高溫燃料電池,具有發(fā)電效率高、燃料來源廣等獨特優(yōu)點,作為新型能源轉(zhuǎn)換技術(shù),逐漸引起全球矚目。本研究在對電化學動力學原理進行分析的基礎(chǔ)上結(jié)合質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、組分傳遞、動量傳遞以及電荷傳遞等過程建立板式陽極支撐SOFC單通道三維多物理場數(shù)值模型,使用COMSOL 5.4對所建立的多物理場數(shù)值模型進行電化學方面的研究分析,以期為SOFC的標準制定及大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展提供依據(jù)。對以氫氣為燃料時的SOFC數(shù)學模型進行求解,分析研究電池內(nèi)部溫度、組分濃度、電流密度等物理量的分布規(guī)律。結(jié)果表明:（1）電池中氣體流速、電池溫度、物質(zhì)濃度分布及電流密度等因幾何結(jié)構(gòu)及材料特性而在電池中分布不均。（2）同向流動時流道中燃料氣體的速度沿流動方向在入口處先急劇增加,后緩慢增加,最后在出口處又出現(xiàn)急劇增加現(xiàn)象。（3）同向流動時,在氣體的流動方向上,電池各部件溫度逐漸升高,氫氣與氧氣的摩爾分數(shù)逐漸下降,水蒸氣含量增高,電流密度逐漸減小,活化過電勢逐漸下降。對不同操作參數(shù)及微結(jié)構(gòu)參數(shù)下以氫氣為燃料的SOF... 

【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

SOFC近十年SCI文章數(shù)量統(tǒng)計

1緒論2圖1.1SOFC近十年SCI文章數(shù)量統(tǒng)計1.2固體氧化物燃料電池概述1.2.1燃料電池如圖1.2所示，傳統(tǒng)熱機發(fā)電過程通常需要經(jīng)過三部分才能夠使化學能轉(zhuǎn)化為電能，即燃料通過燃燒過程釋放出熱量、將燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量通過蒸汽輪機等相關(guān)機械設(shè)備來轉(zhuǎn)化為機械能、最后再通過相應(yīng)的發(fā)電裝置來將機械能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化的過程受卡諾循環(huán)限制，能源轉(zhuǎn)化效率較低，綜合發(fā)電效率約為35%～45%。而燃料電池是一種能將燃料中的化學能通過電化學反應(yīng)而非燃燒的方式直接轉(zhuǎn)換成電能和熱能的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)化學能到電能的一步式轉(zhuǎn)換，故而其相對于傳統(tǒng)熱機發(fā)電過程擁有更高的能源轉(zhuǎn)化效率，并且由于減少了化石燃料的燃燒過程，粉塵及有害氣體排放得以減少，從而對環(huán)境更加友好[9]。圖1.2傳統(tǒng)發(fā)電與燃料電池發(fā)電方式直觀對比燃料電池的發(fā)展開始于19世紀英國Grove爵士，其組裝了第一個燃料電池

1緒論4腐蝕等缺點，并且能夠根據(jù)實際需求模塊化組裝，減少了成本；（2）高溫操作的特性，能減少電極中貴金屬催化劑的使用，從而提高了經(jīng)濟性；（3）由于氧離子能夠氧化大多數(shù)燃料，從而結(jié)合現(xiàn)行的含鎳陽極，能極大地提升SOFC的燃料靈活性，可使得燃料從氫氣擴展到甲烷、乙醇等多種物質(zhì)；（4）電池電極抗硫化物性能較好，相較其他類型燃料電池，燃料中硫含量能容納較高，可進一步擴大燃料的使用范圍；（5）由于發(fā)電過程中所排放出的尾氣溫度較高，因而能夠利用所產(chǎn)生的溫度進行燃料內(nèi)部重整；并且也可進行余熱復(fù)合發(fā)電，能使綜合效率高達83%，它的推廣能夠為節(jié)能環(huán)保的目標實現(xiàn)做出很大的貢獻；（6）SOFC的應(yīng)用范圍非常廣泛，不論是軍用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域都能得到很好的推廣，如圖1.3所示；圖1.3SOFC的各種推廣應(yīng)用領(lǐng)域[20]1.2.2SOFC的基本原理從上面的分析中能夠看出，固體氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell，即SOFC）是一種較為特殊的燃料電池，電池整體為全固態(tài)結(jié)構(gòu)并且運行溫度相對較高，而與其他類別的燃料電池相一致的是SOFC同樣擁有陽極、陰極以及電解質(zhì)，這三種物質(zhì)是燃料電池的核心部件，電化學電荷傳遞過程發(fā)生在這三個核心部件上。以H2為燃料的板式SOFC運行為例，它的基本工作原理示意圖如圖1.4所示，總的電化學反應(yīng)過程可描述為：①反應(yīng)氣體（O2、H2）通過氣體流道進入到電池中而后到達多孔電極表面；②含氧物質(zhì)在到達陰極表面后擴散入多孔電極中而后逐漸吸附、解離；③解離后所形成的氧原子或者氧分子在三相界面（TPB）處與通過外電路所傳導(dǎo)來的電子發(fā)生還原反應(yīng)形成氧離子；④氧離子在

【參考文獻】：
期刊論文
[1]燃料電池技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述(上)[J]. 王吉華,居鈺生,易正根,王凱.  現(xiàn)代車用動力. 2018(02)
[2]燃料電池產(chǎn)業(yè)最新動態(tài)[J]. 劉錚,謝麗英.  稀土. 2011(04)

博士論文
[1]固體氧化物燃料電池堆的多物理場全耦合建模和理論模擬[D]. 李昂.中國科學技術(shù)大學 2016

碩士論文
[1]固體氧化物燃料電池輸運特性和性能模擬研究[D]. 郭常福.大連理工大學 2018



本文編號：3506007