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平板状阳极支撑固体氧化物燃料电池的实验与数值模拟
中文名称: 平板状阳极支撑固体氧化物燃料电池的实验与数值模拟
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论文编号: 3048861收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Experiment and Numerical Simulation for Planar Anode-supported Solid Oxide Fuel Cell
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 热能工程
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 平板 阳极 固体 氧化物 燃料电池 固体氧化物燃料电池 纳米级氧化铈固溶体 三合一板 热应力 浓度过电势 动态模型 固体氧化物
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论文简介:固溶体粉体的制备是电池组件制备的第一步,本文采用二种方法对纳米粉体的制备过程作了详细的探讨。结果表明XRD和LRS相结合能较好地表征固溶体的结构和纯度,几种方法合成的粉体为纯度高的掺杂氧化铈固溶体,晶粒尺寸较均匀,但分散性差。   研究了中温固体氧化物燃料电池关键材料制备及三合一板的制备工艺及烧结工艺技术,制备了Ni-Gd0.2Ce0.8O1.9多孔阳极,比较了纳米粉体Gd0.2Ce0.8O1.9在不同情况下的烧结致密,结果表明在1400℃达到了致密状态,而且得到了较好的阴极薄膜,通过化学相容性研究表明La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ与Gd0.2Ce0.8O1.9能达到较好的化学相容性。   发展了用于研究平板状固体氧化物燃料电池的三维数学模型,同时考虑了流体流动、电荷传递及电化学动力学,并对单电池作了数值模拟,分别从气体浓度分布、电势分布及浓度过电势来评价电池性能。   综合分析了热应力的产生原因,并从结构力学和传热传质的角度综合分析了阳极支撑固体氧化物燃料电池热应力以及影响电池堆温度场的因素,经数值模拟计算得出降低电池堆的运行温度是可将热应力控制在可行范围内的一个有效途径。通过对PEN板拉应力和压应力的分析提出了三合一板抵抗屈曲和断裂设计图。利用气体的高速流动能使电池堆内气体浓度分布及电流密度分布均匀,从而达到均匀温度场的目的。调节阴极气体流速及入口温度能使电池堆内温度场达到较为一致,另外顺流比逆流更能降低电池堆的温度差。仔细分析讨论了减少电池堆中温度差的物理实现,提出了实现电池堆内均匀温度场的各种可能实现方案。   最后发展并用Matlab描述了阳极支撑中温固体氧化物燃料电池的动态模型,对阶跃响应及负荷变化的电压及功率瞬态响应作了仿真,为以后建立固体氧化物燃料电池与微涡轮机联合循环动态模型及其与交流电网并网时的动态数学模型提供了基础。
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