固體氧化物燃料電池性能多尺度模擬.pdf

1、固體氧化物燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，其具有低污染、高效率、燃料靈活等優(yōu)點(diǎn)，且不受卡諾循環(huán)的限制，因而成為目前廣泛研究的極具潛力的新能源系統(tǒng)之一。研究電池毒化機(jī)理，優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)并延長其使用壽命是目前研究的主要挑戰(zhàn)。燃料電池實(shí)驗(yàn)研究周期長，成本高，因此制約商業(yè)化的發(fā)展。如何結(jié)合高效、低成本的仿真計(jì)算方法研究電池?zé)釕?yīng)力分布及電池陽極催化劑毒化機(jī)理是目前研究的熱點(diǎn)問題。為此，本文以研究電池?zé)釕?yīng)力分布和探究電池毒化機(jī)理為目

2、標(biāo)進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的工作：
　　首先，通過文獻(xiàn)調(diào)研概述了仿真與計(jì)算在固體氧化物燃料電池研究中的應(yīng)用，包括燃料電池工作原理、分類與發(fā)展應(yīng)用，以及仿真模擬和第一性原理計(jì)算在固體氧化物燃料電池領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　其次，基于冷凍流延材料電導(dǎo)率測試結(jié)果，構(gòu)建固體氧化物單電池宏觀模型，從電子/離子輸運(yùn)角度分析各向異性材料電導(dǎo)率變化對電池性能的影響。
　　接著，基于燃料電池單電池模型，從物質(zhì)傳輸、熱量傳遞等角度綜合分析多物理場耦合

3、情況中溫度梯度造成電池?zé)釕?yīng)力的分布情況。模型還假設(shè)將電池置于特定的電堆環(huán)境下，研究固定約束對電池內(nèi)部應(yīng)力的影響。此外，還對比探討了材料力學(xué)性能不匹配程度增加時(shí)電池?zé)釕?yīng)力的變化。
　　再次，基于多物理場耦合的燃料電池?zé)釕?yīng)力模型提出一種新的電池集流體優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。分析對比了不同氣體流動(dòng)模式下，以及集流體肋的高度、厚度變化對燃料電池應(yīng)力分布的影響。
　　最后，基于第一性原理計(jì)算，從原子尺度上研究陽極催化劑鎳與CH3Cl、PH3雜質(zhì)

4、之間的相互作用。同時(shí)，基于分子動(dòng)力學(xué)方法研究溫度和毒化時(shí)間對吸附表面形貌變化的影響。另外，還結(jié)合仿真對CH3Cl毒化緩解作用進(jìn)行模擬。
　　總體來說，在宏觀尺度上，通過建立燃料電池的有限元多物理場仿真模型探究了電池性能受電導(dǎo)率的影響，并分析了電池在燃料重整情況下的熱應(yīng)力分布，為電池優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的參考。在原子微觀尺度上，基于第一性原理計(jì)算，分析 Ni表面雜質(zhì)吸附與相互作用，深入研究了電池材料毒化微觀機(jī)制。模擬與計(jì)算的方法被應(yīng)用于