【摘要】：固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cells,SOFC)在較高的操作溫度下可以將碳?xì)淙剂现械幕瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,而不經(jīng)過其他復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換裝置和凈化裝置,發(fā)電效率高,單位發(fā)電量產(chǎn)生的CO_2和NO_x等有害氣體的量也明顯少于傳統(tǒng)火力發(fā)電技術(shù)。因此,SOFC現(xiàn)今已經(jīng)成為人們研究關(guān)注的焦點(diǎn)。目前,板式陽極支撐型SOFC因其較高的體功率密度成為主流的研究方向。通過研究發(fā)現(xiàn),多孔陽極的微結(jié)構(gòu)參數(shù)對陽極支撐型板式燃料電池有著非常重要的影響,甚至每個參數(shù)都會對電池的性能形成一定的影響。由于SOFC在工作時(shí)處于高溫、密閉的環(huán)境,這使得在工作狀態(tài)下,電池內(nèi)部的性能及參數(shù)測量帶來極大的困難,且實(shí)驗(yàn)成本很高,甚至在有些條件下是不能完成的。因此采用數(shù)值模擬計(jì)算方法代替實(shí)驗(yàn)手段,能夠揭示電池內(nèi)部的工作情況,為以后的應(yīng)用提供了理論支持。論文從SOFC的微結(jié)構(gòu)參數(shù)研究入手,進(jìn)行穩(wěn)態(tài)上建模分析,量化微結(jié)構(gòu)參數(shù)對電池性能的影響。論文主要研究內(nèi)容如下:(1)使用COMSOL軟件建立起單電池工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型,模擬穩(wěn)態(tài)下SOFC的工作狀態(tài),對不同操作條件下的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究,并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了不同操作條件下的分析對比。結(jié)果表明,工作溫度越高,SOFC的輸出功率越高,電化學(xué)性能越好;修正后的模擬值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,最大誤差不超過10%。(2)根據(jù)軟件中所建立的單電池?cái)?shù)學(xué)模型,系統(tǒng)分析了孔隙率、曲折度、孔徑、粒徑對電池工作性能的影響,并結(jié)合每一個微結(jié)構(gòu)參數(shù)對電極內(nèi)氣體的濃度分布、燃料利用率和電流密度分布的影響。結(jié)果表明,隨孔隙率的增大,最大輸出功率密度先增大后減小,在孔隙率為0.4時(shí)取得最大值;孔徑越大,曲折度越小,氣體在電極內(nèi)的擴(kuò)散效果越好,濃度梯度分布越小,在孔徑大于0.5μm,曲折度小于2時(shí),孔徑和曲折度對擴(kuò)散效果的提升明顯降低;粒徑越小,電極內(nèi)電流密度越高,輸出功率越高,在粒徑為0.2μm時(shí),最大功率密度為0.440 W/cm~2。(3)基于微結(jié)構(gòu)參數(shù)的單因素研究結(jié)果,對孔隙率、曲折度和孔徑三個微結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)上的擬合,擬合結(jié)果為r(28)(2.54?-0.0647)?D,孔隙率分布范圍為0.2-0.6,對每一個粒徑下的其他微結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變時(shí)的電化學(xué)性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明,陽極支撐層和功能粒徑與孔隙率相同時(shí),輸出功率最大時(shí)的微結(jié)構(gòu)參數(shù)組合為:粒徑0.2μm、孔隙率0.5、曲折度1.29、孔徑0.19μm,最大功率密度提高1.58倍;陽極支撐層和功能層粒徑與孔隙率不同時(shí),輸出功率最大時(shí)的微結(jié)構(gòu)參數(shù)組合為:支撐層粒徑0.5μm、孔隙率0.5、曲折度1.29、孔徑0.6μm,功能層粒徑0.2μm、孔隙率0.25、曲折度、孔徑0.11μm,最大功率密度提升1.78倍。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM911.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 于建國;王玉璋;惠宇;翁史烈;;陽極孔隙率對固體氧化物燃料電池性能影響的數(shù)值分析[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2010年02期

2 倪萌;LEUNG MICHAEL K H;LEUNG DENNIS Y C;;固體氧化物燃料電池陰極氣體傳輸?shù)难芯縖J];電源技術(shù);2007年10期

本文編號：2805272