固體氧化物燃料的電池電化學(xué)分析與數(shù)值仿真.pdf

1、固體氧化物燃料電池是高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置。由于是全固態(tài)結(jié)構(gòu)，相比其它類型的燃料電池，固體氧化物燃料電池具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方便，發(fā)電效率高等特點(diǎn)，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)引起研究熱潮。固體氧化物燃料電池中的流動特性與電化學(xué)反應(yīng)相互耦合，并決定了電池的輸出特性。本文數(shù)值仿真研究的重點(diǎn)在于通過改善電池工作條件來改善流場分布，從而達(dá)到改善電池輸出特性的目的。
　　 本文對固體氧化物燃料電池進(jìn)行了理論分析，基于電化學(xué)動力學(xué)的基本原理推導(dǎo)了電池中電化

2、學(xué)特性相關(guān)的活化極化、濃差極化和歐姆極化等不可逆因素及這些不可逆因素與現(xiàn)象的成因和對電池輸出性能及的影響。本文對電流在電池內(nèi)的傳輸過程采用了梯形電路模型進(jìn)行等效，將其簡化為垂直于電極/電解質(zhì)反應(yīng)面的一維傳輸，從而簡化了計(jì)算求解過程。
　　 本文的數(shù)值仿真模擬過程以計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)軟件FLUENT和其前處理器GAMBIT為工具，以氫為燃料的平板狀固體氧化物燃料單電池為研究對象，根據(jù)固體氧化物燃料電池內(nèi)流體流動的基本特性和基

3、本規(guī)律建立了質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒和組分守恒方程，考慮了燃料和空氣的流動速度和流動方向、電池工作電壓等工作條件的影響，分析了電池的溫度分布的改善、輸出性能和燃料利用率的提高與電池工作條件的關(guān)系，為固體氧化物燃料電池的實(shí)際工作條件的優(yōu)化提出了指導(dǎo)意義。同時(shí)，本文給出了在給定工作電壓求解輸出電流的電流求解模型下電池電極/電解質(zhì)界面處的電流分布，反應(yīng)了在電池內(nèi)部電化學(xué)現(xiàn)象與流動狀態(tài)相互耦合的特性。
　　 最后，本文考慮了在給定電