本文主要研究内容
作者胡彪（2019）在《电极微结构形貌对燃料电池多物理场工作性能的影响》一文中研究指出：固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell:SOFC）作为一种能量转化设备,以其高效、清洁和燃料形式多样等突出优点成为各个国家争相布局的热点。人们对SOFC材料和电池制作工艺的广泛关注,使得其核心组件—电极,经历了从原理性单相电极,到多孔电极,复合梯度电极和骨架电极的发展,再到中温e-/O2-混合导电材料和H+导电材料的开发应用。使得SOFC单体性能得到了很大提升,化学能-电能转化功率密度可达1.3 W/cm2,同时也将其从高温（700-1000oC）扩展到中低温（350-650oC）应用区。实际上,对于不同的电极成分配置,制作方法和工艺,其最直接的结果是导致不同的电极微观结构形貌特征,进而影响其复合电极宏观传输性质和多物理场协同工作特征。因此,研究电极结构和微结构对燃料电池多物理场工作性能的影响,并开创性的发展相应的大尺度工程分析技术具有重要意义。1.首先,本文以一个典型的LSCF-SDC/SDC/NI-SDC IT-SOFC纽扣电池为例,详细介绍了电池内部的电化学反应、漏电过程、电子、离子和气体传输耦合过程,并通过COSMOL Multiphysics基于均匀介质假设的基础上建立了三维多物理模型,通过与实验结果对比验证模型建立准确性。为后续进一步研究微结构细节对多物理场工作过程的影响验证多物理场模型的有效性。2.基于上述建立的模型,研究不同阴极/阳极表面积比例Aca/Aan对IT-SOFC纽扣电池性能的影响规律,检验了不同的复合电极性质、电池组件厚度和交换电流密度等参数在合理范围内变化时,电池工作性能对Aca/Aan的敏感性。得出IT-SOFC纽扣电池中,以面积较小的一侧电极半径为参照,面积较大一侧电极半径的超出部分的实际有效影响区域仅有0.03 cm,超过该半径区域的大面积电极区域对电池内部物理、导电、电化学等多物理场性能的影响是无效的。得出,在目前纽扣电池尺度下,阴极/阳极面积比例对纽扣电池性能影响的尺寸效应影响可忽略不计。后续在通过电极微结构重构研究微结构形貌对电池性能影响过程中,不需要考虑阴极/阳极面积比例的影响,只需满足各向同性对应的最低尺寸要求。3.以传统LSCF-SDC复合电极为例,说明复合电极具有三个不规则性:微结构形貌不规则性、物相分布不均匀性（气相、LSCF材料相、SDC材料相）、性质分布不均匀性（如区域的电子、离子电导率、热导率、气孔分布）;传统直接分网方式进一步带入了网格形貌不规则性。因此指出,目前传统方法在计算能力和数值稳定性方面具有天然的不足;同时仅能处理单物理场问题,无法反应微结构细节对多场协同工作性能的影响,无法处理带混合电导材料的新型复合阴极的情况。4.据此创新性的提出了一种采用规整网格处理大尺度不规则微结构形貌的方法,从而解决传统直接分网计算方法的一系列不足。并分别以两种不同的复合电极组分为例对方法的有效性进行说明和验证,首先用球形颗粒随机分布的方法重构复合电极的不规则微观形貌,通过EDEM搭建起球形颗粒随机分布的模型,为了避免搭建过程中出现的随机误差,采用观测配位数的方法,当球形颗粒半径和模型的尺寸达到一定比例是,堆叠而成的三维不规则电极微结构形貌不在依赖于具体的模型尺寸。针对IT-SOFC纽扣型电池内部LSCF/YSZ复合电极不规则结构形貌的特点,采用带不规则特征信息的规整网格表征复合电极微结构,并将其导入有限元分析软件进行相关性质的计算,从而解决不规则结构形貌带来的数值计算困难问题。计算出包括有效电子电导率、有效离子电导率、气体的传输和逾渗三相线的分布等结果。本章所提出并验证的方法为后续进一步结合基于复合电极的三维不规则微结构细节开展SOFC电池的三维多物理场数值分析计算提供了创新性的方法路径。
Abstract
gu ti yang hua wu ran liao dian chi （Solid Oxide Fuel Cell:SOFC）zuo wei yi chong neng liang zhuai hua she bei ,yi ji gao xiao 、qing jie he ran liao xing shi duo yang deng tu chu you dian cheng wei ge ge guo jia zheng xiang bu ju de re dian 。ren men dui SOFCcai liao he dian chi zhi zuo gong yi de an fan guan zhu ,shi de ji he xin zu jian —dian ji ,jing li le cong yuan li xing chan xiang dian ji ,dao duo kong dian ji ,fu ge ti du dian ji he gu jia dian ji de fa zhan ,zai dao zhong wen e-/O2-hun ge dao dian cai liao he H+dao dian cai liao de kai fa ying yong 。shi de SOFCchan ti xing neng de dao le hen da di sheng ,hua xue neng -dian neng zhuai hua gong lv mi du ke da 1.3 W/cm2,tong shi ye jiang ji cong gao wen （700-1000oC）kuo zhan dao zhong di wen （350-650oC）ying yong ou 。shi ji shang ,dui yu bu tong de dian ji cheng fen pei zhi ,zhi zuo fang fa he gong yi ,ji zui zhi jie de jie guo shi dao zhi bu tong de dian ji wei guan jie gou xing mao te zheng ,jin er ying xiang ji fu ge dian ji hong guan chuan shu xing zhi he duo wu li chang xie tong gong zuo te zheng 。yin ci ,yan jiu dian ji jie gou he wei jie gou dui ran liao dian chi duo wu li chang gong zuo xing neng de ying xiang ,bing kai chuang xing de fa zhan xiang ying de da che du gong cheng fen xi ji shu ju you chong yao yi yi 。1.shou xian ,ben wen yi yi ge dian xing de LSCF-SDC/SDC/NI-SDC IT-SOFCniu kou dian chi wei li ,xiang xi jie shao le dian chi nei bu de dian hua xue fan ying 、lou dian guo cheng 、dian zi 、li zi he qi ti chuan shu ou ge guo cheng ,bing tong guo COSMOL Multiphysicsji yu jun yun jie zhi jia she de ji chu shang jian li le san wei duo wu li mo xing ,tong guo yu shi yan jie guo dui bi yan zheng mo xing jian li zhun que xing 。wei hou xu jin yi bu yan jiu wei jie gou xi jie dui duo wu li chang gong zuo guo cheng de ying xiang yan zheng duo wu li chang mo xing de you xiao xing 。2.ji yu shang shu jian li de mo xing ,yan jiu bu tong yin ji /yang ji biao mian ji bi li Aca/Aandui IT-SOFCniu kou dian chi xing neng de ying xiang gui lv ,jian yan le bu tong de fu ge dian ji xing zhi 、dian chi zu jian hou du he jiao huan dian liu mi du deng can shu zai ge li fan wei nei bian hua shi ,dian chi gong zuo xing neng dui Aca/Aande min gan xing 。de chu IT-SOFCniu kou dian chi zhong ,yi mian ji jiao xiao de yi ce dian ji ban jing wei can zhao ,mian ji jiao da yi ce dian ji ban jing de chao chu bu fen de shi ji you xiao ying xiang ou yu jin you 0.03 cm,chao guo gai ban jing ou yu de da mian ji dian ji ou yu dui dian chi nei bu wu li 、dao dian 、dian hua xue deng duo wu li chang xing neng de ying xiang shi mo xiao de 。de chu ,zai mu qian niu kou dian chi che du xia ,yin ji /yang ji mian ji bi li dui niu kou dian chi xing neng ying xiang de che cun xiao ying ying xiang ke hu lve bu ji 。hou xu zai tong guo dian ji wei jie gou chong gou yan jiu wei jie gou xing mao dui dian chi xing neng ying xiang guo cheng zhong ,bu xu yao kao lv yin ji /yang ji mian ji bi li de ying xiang ,zhi xu man zu ge xiang tong xing dui ying de zui di che cun yao qiu 。3.yi chuan tong LSCF-SDCfu ge dian ji wei li ,shui ming fu ge dian ji ju you san ge bu gui ze xing :wei jie gou xing mao bu gui ze xing 、wu xiang fen bu bu jun yun xing （qi xiang 、LSCFcai liao xiang 、SDCcai liao xiang ）、xing zhi fen bu bu jun yun xing （ru ou yu de dian zi 、li zi dian dao lv 、re dao lv 、qi kong fen bu ）;chuan tong zhi jie fen wang fang shi jin yi bu dai ru le wang ge xing mao bu gui ze xing 。yin ci zhi chu ,mu qian chuan tong fang fa zai ji suan neng li he shu zhi wen ding xing fang mian ju you tian ran de bu zu ;tong shi jin neng chu li chan wu li chang wen ti ,mo fa fan ying wei jie gou xi jie dui duo chang xie tong gong zuo xing neng de ying xiang ,mo fa chu li dai hun ge dian dao cai liao de xin xing fu ge yin ji de qing kuang 。4.ju ci chuang xin xing de di chu le yi chong cai yong gui zheng wang ge chu li da che du bu gui ze wei jie gou xing mao de fang fa ,cong er jie jue chuan tong zhi jie fen wang ji suan fang fa de yi ji lie bu zu 。bing fen bie yi liang chong bu tong de fu ge dian ji zu fen wei li dui fang fa de you xiao xing jin hang shui ming he yan zheng ,shou xian yong qiu xing ke li sui ji fen bu de fang fa chong gou fu ge dian ji de bu gui ze wei guan xing mao ,tong guo EDEMda jian qi qiu xing ke li sui ji fen bu de mo xing ,wei le bi mian da jian guo cheng zhong chu xian de sui ji wu cha ,cai yong guan ce pei wei shu de fang fa ,dang qiu xing ke li ban jing he mo xing de che cun da dao yi ding bi li shi ,dui die er cheng de san wei bu gui ze dian ji wei jie gou xing mao bu zai yi lai yu ju ti de mo xing che cun 。zhen dui IT-SOFCniu kou xing dian chi nei bu LSCF/YSZfu ge dian ji bu gui ze jie gou xing mao de te dian ,cai yong dai bu gui ze te zheng xin xi de gui zheng wang ge biao zheng fu ge dian ji wei jie gou ,bing jiang ji dao ru you xian yuan fen xi ruan jian jin hang xiang guan xing zhi de ji suan ,cong er jie jue bu gui ze jie gou xing mao dai lai de shu zhi ji suan kun nan wen ti 。ji suan chu bao gua you xiao dian zi dian dao lv 、you xiao li zi dian dao lv 、qi ti de chuan shu he yu shen san xiang xian de fen bu deng jie guo 。ben zhang suo di chu bing yan zheng de fang fa wei hou xu jin yi bu jie ge ji yu fu ge dian ji de san wei bu gui ze wei jie gou xi jie kai zhan SOFCdian chi de san wei duo wu li chang shu zhi fen xi ji suan di gong le chuang xin xing de fang fa lu jing 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自江苏科技大学的胡彪，发表于刊物江苏科技大学2019-07-10论文，是一篇关于混合导电材料论文,有效工作区域论文,复合电极论文,球形颗粒随机分布论文,规整网格论文,江苏科技大学2019-07-10论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自江苏科技大学2019-07-10论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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