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。

天然气水蒸气重整与SOFC耦合应用

固体氧化物燃料电池(SOFC)系统具有高能源效率和使用可再生燃料的可能性,将在未来的可持续能源系统中发挥重要作用。过去几年燃料电池的发展很快,但在成本、稳定性和市场份额方面,该技术仍处于早期发展阶段。在以天然气为燃料的SOFC系统中,燃料的重整过程和燃料利用水平都可能影响系统运行的稳定性、热量和能量平衡,从而影响系统的使用寿命、输出功率和效率。因此,对燃料重整过程的设计与控制对有效的SOFC电池运行具有重要意义。对天然气在SOFC系统中的重整器配置方式(包括外重整和内重整)、重整参数和重整燃料利用方式进行了详细的综述分析,并对未来天然气SOFC系统的发展进行了展望。