天然气内重整和外重整下SOFC多场耦合三维模拟分析

内重整(IR)和外重整(ER)是固体氧化物燃料电池(SOFC)以天然气(NG)为燃料时的两种工作方式,不同重整方式下的电池性能、效率也不尽相同。借助有限元分析软件COMSOL Multiphysics?5.2,以天然气为燃料,建立了电池组成为Ni-YSZ//YSZ//LSCF-GDC的ER-SOFC和IR-SOFC两种三维单电池模型。模拟结果表明:相同条件下,IR-SOFC具有比ER-SOFC更高的功率密度、燃料利用率和能量利用率;阳极重整反应主要发生在靠近燃料入口的区域内;H_2和CO含量在IR-SOFC中先升高后降低,在ER-SOFC中则一直降低;IR-SOFC的温度变化更剧烈,燃料入口处温度梯度最大;越靠近集流体的区域,电解质表面的离子电流密度越大;ER-SOFC阳极不会发生热力学上的积炭现象,对于IR-SOFC,CH4热分解反应是整个阳极发生积炭的主要原因,其在燃料入口处的积炭活性高达270。

固体氧化物燃料电池阳极积碳的研究进展

从阳极材料改性和工作条件优化等方面综述抑制固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳的研究进展。在阳极材料改性方面,可以改性Ni基阳极材料或开发Cu基等抗积碳阳极,替代传统Ni基材料,解决积碳问题。在工作条件优化方面,抑制积碳的重要手段有:提高水碳比,适当增加燃料中H2、CO2含量,提高电池工作时的电流密度,合理选择工作温度。