固體氧化物燃料電池性能多尺度模擬.pdf

1、固體氧化物燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，其具有低污染、高效率、燃料靈活等優(yōu)點(diǎn)，且不受卡諾循環(huán)的限制，因而成為目前廣泛研究的極具潛力的新能源系統(tǒng)之一。研究電池毒化機(jī)理，優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)并延長(zhǎng)其使用壽命是目前研究的主要挑戰(zhàn)。燃料電池實(shí)驗(yàn)研究周期長(zhǎng)，成本高，因此制約商業(yè)化的發(fā)展。如何結(jié)合高效、低成本的仿真計(jì)算方法研究電池?zé)釕?yīng)力分布及電池陽(yáng)極催化劑毒化機(jī)理是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。為此，本文以研究電池?zé)釕?yīng)力分布和探究電池毒化機(jī)理為目

2、標(biāo)進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的工作：
　　首先，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研概述了仿真與計(jì)算在固體氧化物燃料電池研究中的應(yīng)用，包括燃料電池工作原理、分類與發(fā)展應(yīng)用，以及仿真模擬和第一性原理計(jì)算在固體氧化物燃料電池領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　其次，基于冷凍流延材料電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果，構(gòu)建固體氧化物單電池宏觀模型，從電子/離子輸運(yùn)角度分析各向異性材料電導(dǎo)率變化對(duì)電池性能的影響。
　　接著，基于燃料電池單電池模型，從物質(zhì)傳輸、熱量傳遞等角度綜合分析多物理場(chǎng)耦合

3、情況中溫度梯度造成電池?zé)釕?yīng)力的分布情況。模型還假設(shè)將電池置于特定的電堆環(huán)境下，研究固定約束對(duì)電池內(nèi)部應(yīng)力的影響。此外，還對(duì)比探討了材料力學(xué)性能不匹配程度增加時(shí)電池?zé)釕?yīng)力的變化。
　　再次，基于多物理場(chǎng)耦合的燃料電池?zé)釕?yīng)力模型提出一種新的電池集流體優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。分析對(duì)比了不同氣體流動(dòng)模式下，以及集流體肋的高度、厚度變化對(duì)燃料電池應(yīng)力分布的影響。
　　最后，基于第一性原理計(jì)算，從原子尺度上研究陽(yáng)極催化劑鎳與CH3Cl、PH3雜質(zhì)

4、之間的相互作用。同時(shí)，基于分子動(dòng)力學(xué)方法研究溫度和毒化時(shí)間對(duì)吸附表面形貌變化的影響。另外，還結(jié)合仿真對(duì)CH3Cl毒化緩解作用進(jìn)行模擬。
　　總體來(lái)說(shuō)，在宏觀尺度上，通過(guò)建立燃料電池的有限元多物理場(chǎng)仿真模型探究了電池性能受電導(dǎo)率的影響，并分析了電池在燃料重整情況下的熱應(yīng)力分布，為電池優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的參考。在原子微觀尺度上，基于第一性原理計(jì)算，分析 Ni表面雜質(zhì)吸附與相互作用，深入研究了電池材料毒化微觀機(jī)制。模擬與計(jì)算的方法被應(yīng)用于