基于平面度的燃料电池电化学性能模拟

 固体氧化物燃料电池的翘曲会影响电极-盖板界面的接触情况，从而影响电化学性能，对相关制造工艺提出了很大的挑战．为了分析燃料电池平面度对放电过程的影响，揭示其潜在的风险，我们建立了两个基于有限元法的仿真模型，对考虑平面度缺陷的燃料电池封装和放电进行分析．在对固体氧化物燃料电池进行平面度测量的基础上，首先建立了具有真实燃料电池翘曲特性的几何模型，分析封装过程中接触压力的分布情况．然后将接触电阻的仿真结果导入到三维多物理场耦合模型中，模拟具有平面度缺陷的燃料电池电化学性能．计算结果展示了燃料电池两侧封装过程中接触压力的分布情况．通过对比有接触电阻和无接触电阻的燃料电池电流密度，分析了电池与盖板的接触对放电过程的影响．结果表明，燃料电池的凹陷面较难达到满意的接触状态，需要比凸起面更大的封装压力．燃料电池表面接触电阻的变化将引起电流传导路径的变化，产生局部高电流或低电流．这项工作强调了在燃料电池中保持均匀分布的接触电阻的重要性，为今后的优化工作奠定了基础．     

不同集流方式下对称双阴极固体氧化物燃料电池的电-化-热-力数值模拟及失效分析

 本文围绕新型对称双阴极固体氧化物燃料电池电堆单元在不同集流位置下热应力分布情况和优化集流方式，建立了一个基于电-化-热-力多场耦合理论的三维SOFC 电堆单元数值模型．引入固体力学热-力学理论，结合Weibull 失效概率分析方法，讨论了不同集流方式对SOFC 内部应力分布及失效的影响．研究结果表明，双侧阴极同时开展电子集流方式下的电解质平均电流密度比单侧单一集流方式下高，改变阳极集流位置会改变电极高温区的分布；SOFC 电堆单元上电极结构处的最大主应力明显大于其他组件上的最大主应力；阳极集流位置设置在阳极气体入口处时电极结构上的最大主应力和失效概率大于集流位置设置在阳极气体出口处的最大主应力和失效概率．     

基于电-化-热耦合理论对称双阴极固体氧化物燃料电池堆的电流与温度场数值模拟

本文基于电-化-热多场耦合理论,通过有限元方法建立了一个基于对称双阴极结构SOFC电堆单元的三维数值模型,研究了其电堆内部的电流密度分布和温度分布. 研究结果表明,气体流动方式以及集流方式影响了电解质上电流密度和温度分布：在气体进、出气口处有较大的电流密度分布;在气体共流模式下,电解质层温度分布却较均匀;在双阴极结构电池阴极侧的单一集流模式下,集流侧的电解质的平均电流密度高于另一侧.     

渐变型流道燃料电池热-电-力-化多场耦合数值模拟

本文设计了一种渐变型气体流道的平管型固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell, SOFC)，并建立了热-电-力-化学多物理场耦合三维模型，模拟并对比分析了渐变型和蛇形两种不同流道结构在平管型固体氧化物燃料电池不同电压下的气体流速、温度、电流密度和热应力大小．结果表明，当电压高于0.7 V时，渐变型流道气摩尔分数相比蛇形流道情形增加了1.9%．在相同电压下，渐变型流道结构的电流密度增加了0.72%，渐变型流道情形的气体出口处流速增加了148%，且渐变型流道SOFC的温度场和热应力相比蛇形流道情形分别降低了8.7%和61.5%.