固體氧化物燃料電池傳熱傳質(zhì)模型研究.pdf

1、燃料電池是將化學反應的化學能直接轉變?yōu)殡娔艿难b置。和傳統(tǒng)的熱機相比，燃料電池具有更高的電效率，并且燃料電池是一種環(huán)境友好的發(fā)電方式。固體氧化物燃料電池(SOFC)屬于高溫燃料電池，除具有燃料電池的一般特點外，其高溫排氣也可以進一步加以利用。 SOFC的設計形式主要分為平板式和管式兩種。管式SOFC是設計和制造技術較為成熟的一種。由于SOFC的工作溫度在1000℃附近，因此通過實驗來測量電池內(nèi)的電流密度分布、固體和氣體的溫度分布以

2、及氣體的成分比較困難。數(shù)學模型可以用來考察電池在各種運行條件下的性能，是預測電池的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)性能以及優(yōu)化電池運行和結構的有效工具。 該文建立了描述管式SOFC的數(shù)學模型，研制了平板式SOFC單體并建立了實驗系統(tǒng)對電池性能進行了測試。此外，該文對三個以甲烷為燃料的SOFC發(fā)電系統(tǒng)進行了能量分析和火用分析。 主要研究工作： 1.建立了一個既可以描述電池的穩(wěn)態(tài)性能又可以描述電池非穩(wěn)態(tài)性能的數(shù)學模型。模型中考慮了造成電

3、池輸出損失的三種極化現(xiàn)象：歐姆極化、活化極化和濃差極化。在傳熱模型中，除了考慮傳導和對流換熱外，該文也考慮了電池和空氣進氣管之間的輻射換熱。 分析了平均電流密度、燃料和氧化劑進口溫度和流量對電池穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)性能的影響；研究了電解質(zhì)厚度對電池輸出功率的影響；計算了燃燒區(qū)長度對電池穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)性能的影響。 2.研制了平板式SOFC電池并對其進行了性能測試。制作了Ni-YSZ|YSZ|LSM電池片，將其設計組裝成電池性能測試系