板式固体氧化物燃料电池积碳特性的数值研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳的发生是制约其高效稳定运行的瓶颈问题,文中介绍了阳极积碳对SOFC的影响,回顾了国内外研究此问题的三个典型方向及其进展;在此基础上,利用用户自定义子程序(UDF)与流体动力学计算软件Fluent建立的SOFC完整极化数值模型,对一板式SOFC的反应特性与积碳特性进行数值模拟与分析。文中首先给出了数值模拟的控制方程、极化模型及积碳模型,介绍了边界条件及方程离散方法,并在此基础上通过求解国际能源协会(IEA)的标准算例,验证了算法的准确性。最后对板式SOFC定常积碳特性的数值研究结果显示:在燃料入口处SOFC积碳产生速率较大,沿燃料气体流动方向积碳速率迅速减小;积碳的产生受CH_(4)含量的影响较大,而受温度、H_(2)、H_(2)O以及CO气体浓度因素影响较小。本文研究有助于探索SOFC积碳产生的机理,同时为以天然气作燃料的SOFC运行参数最优化控制提供了依据。

板式固体氧化物燃料电池积碳特性实验

固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳是制约其高效稳定运行的瓶颈问题,文中回顾了国内外学者在实验领域对SOFC积碳问题的研究进展,并指出研究积碳产生速率数学模型的意义。搭建了由气路管道,气体流量控制器,开启式真空气氛管式电加热炉等仪器设备组成的固体氧化物燃料电池积碳测试实验台;介绍了实验用片状阳极材料的制备,以及积碳实验的详细步骤。基于对镍/氧化钇稳定氧化锆(Ni/YSZ)金属陶瓷阳极上一氧化碳(CO)积碳特性的实验结果分析了:①一氧化碳/二氧化碳(CO/CO_(2))混合气体组分对CO歧化反应积碳特性影响;②温度对CO歧化反应积碳特性影响;③甲烷(CH_(4))裂解与CO歧化对积碳特性的影响。本文最后基于化学反应动力学,推导了不同温度下CO歧化反应积碳速率数学计算模型,并运用实验结果对其进行了验证。本文研究有助于探索SOFC积碳产生的机理,同时为以天然气为燃料的SOFC运行参数最优化控制提供了依据。