甲烷/甲醇固体氧化物燃料电池输出电特性与内部多物理场分布模拟研究

TM911.4; 为揭示固体氧化物燃料电池(SOFC)在不同种类燃料供应时电池内部多物理场之间的相互作用规律,建立并验证了多场耦合的三维平板式SOFC单电池模型,对比研究了以氢气、甲烷、甲醇为燃料的SOFC稳态性能差异,获得了电池内部温度场、浓度场分布特性和碳氢燃料在电池中的积碳特性.研究结果表明:甲烷燃料的预重整能够有效提高电池放电能力,预重整度提高20％,电池最大输出功率提高8％.与甲烷相比,甲醇燃料的预重整对电池输出功率影响较小.采用甲烷燃料能够降低电池因温度梯度过大而损坏的风险,电池阳极-气体流道交界面的最大温度梯度为10 K/cm,相比于以氢气作为燃料时的22 K/cm有明显的下降....

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Published in西安交通大学学报 Vol. 59; no. 3; pp. 9 - 20
Main Authors 李博涵, 刘畅, 王朝阳, 刘明, 严俊杰
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安 01.03.2025
Subjects
固体氧化物燃料电池
methane
methanol
甲烷
甲醇
积碳
solid oxide fuel cell
carbon deposition
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ISSN0253-987X
DOI10.7652/xjtuxb202503002

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Summary:TM911.4; 为揭示固体氧化物燃料电池(SOFC)在不同种类燃料供应时电池内部多物理场之间的相互作用规律,建立并验证了多场耦合的三维平板式SOFC单电池模型,对比研究了以氢气、甲烷、甲醇为燃料的SOFC稳态性能差异,获得了电池内部温度场、浓度场分布特性和碳氢燃料在电池中的积碳特性.研究结果表明:甲烷燃料的预重整能够有效提高电池放电能力,预重整度提高20％,电池最大输出功率提高8％.与甲烷相比,甲醇燃料的预重整对电池输出功率影响较小.采用甲烷燃料能够降低电池因温度梯度过大而损坏的风险,电池阳极-气体流道交界面的最大温度梯度为10 K/cm,相比于以氢气作为燃料时的22 K/cm有明显的下降.研究获得了不同电压下电池内部的积碳速率分布特性,运行电压U降低会增大电池内部的积碳速率,U=0.5 V时甲烷燃料的积碳速率约为U=0.9 V时积碳速率的2倍以上.相比于甲烷作为燃料,选取甲醇作为SOFC电池的燃料时,电池内部具有更低的积碳风险.
ISSN:0253-987X
DOI:10.7652/xjtuxb202503002