固体氧化物燃料电池(SOFC)低温化研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)的低温化已成为SOFC商业化发展的必然趋势。目前,SOFC低温化的主要策略是通过制备电解质薄膜以降低电解质的厚度和研发新型电解质材料以提高电解质的离子电导率。本文简述了SOFC的工作原理,从电解质薄膜的制备技术及新型电解质材料的应用两个方面对SOFC低温化的研究进展进行了论述,探讨了干压法、流延法、沉积法及等离子喷涂法等技术的优劣之处,对比分析了锆基电解质材料、铈基电解质材料、铋基电解质材料及质子导体基电解质材料在中低温区间(400~700℃)的离子电导率,并指出了在SOFC商业化进程中亟待解决的问题。

TC4钛合金激光冲击强化与喷丸强化的残余应力模拟分析

目的通过对激光冲击强化和喷丸强化后的试样进行残余应力测试分析,得出两种工艺在残余应力形成机理、残余应力层深以及残余应力均匀性等方面的差异。方法一方面采用有限元方法模拟激光冲击强化及喷丸强化的过程,将材料在两种强化冲击下的响应进行对比,研究残余应力的形成过程,并对残余应力场的分布规律进行总结分析。另一方面,分别用两种强化技术处理TC4钛合金的表面,并用剥层X射线衍射实验测试材料表层的残余应力。最后将实验结果与测试结果进行对比,验证有限元模拟的有效性。结果当这两种强化效果产生-500 MPa的表面平均残余应力时,激光冲击强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度可达0.6 mm以上,而喷丸强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度只有0.15 mm左右。结论由于诱发材料塑性变形的机制不同,激光冲击强化往往能获得比喷丸强化更好的残余压应力深度,同时激光冲击强化的材料的表面残余应力分布也比喷丸强化的材料更均匀。

激光冲击强化研究现状与展望

激光冲击强化是一种新型的表面改性技术,相比于传统的喷丸强化技术有诸多突出优势。对激光冲击强化技术原理进行分析,总结激光冲击强化技术的各个工艺参数,并对激光冲击强化后材料表层性能变化进行阐述。讨论激光冲击强化技术的发展与现状,并对该技术在未来的运用进行展望。

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.

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.

基于内能分解的力-热-化多物理场耦合系统连续介质力学

本文将内能分解为可逆自由内能和不可逆耗散能两部分,基于连续介质热力学获得了考虑传热、传质、化学反应和宏观形变的开放系统守恒律,以及相应的力-热-化多场耦合本构关系和演化方程的表达式,从而建立了基于内能分解的力-热-化多场耦合理论框架以及等效积分弱形式,最后给出了一个典型的力-化耦合问题数值算例.