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能直接轉化為電能的電化學裝置，其具有低污染、高效率、燃料靈活等優點，且不受卡諾循環的限制，因而成為目前廣泛研究的極具潛力的新能源系統之一。研究電池毒化機理，優化電池結構并延長其使用壽命是目前研究的主要挑戰。燃料電池實驗研究周期長，成本高，因此制約商業化的發展。如何結合高效、低成本的仿真計算方法研究電池熱應力分布及電池陽極催化劑毒化機理是目前研究的熱點問題。為此，本文以研究電池熱應力分布和探究電池毒化機理為目

2、標進行了如下幾個方面的工作：
　　首先，通過文獻調研概述了仿真與計算在固體氧化物燃料電池研究中的應用，包括燃料電池工作原理、分類與發展應用，以及仿真模擬和第一性原理計算在固體氧化物燃料電池領域中的應用。
　　其次，基于冷凍流延材料電導率測試結果，構建固體氧化物單電池宏觀模型，從電子/離子輸運角度分析各向異性材料電導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熱應力的分布情況。模型還假設將電池置于特定的電堆環境下，研究固定約束對電池內部應力的影響。此外，還對比探討了材料力學性能不匹配程度增加時電池熱應力的變化。
　　再次，基于多物理場耦合的燃料電池熱應力模型提出一種新的電池集流體優化設計方案。分析對比了不同氣體流動模式下，以及集流體肋的高度、厚度變化對燃料電池應力分布的影響。
　　最后，基于第一性原理計算，從原子尺度上研究陽極催化劑鎳與CH3Cl、PH3雜質

4、之間的相互作用。同時，基于分子動力學方法研究溫度和毒化時間對吸附表面形貌變化的影響。另外，還結合仿真對CH3Cl毒化緩解作用進行模擬。
　　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率的影響，并分析了電池在燃料重整情況下的熱應力分布，為電池優化設計提供了新的參考。在原子微觀尺度上，基于第一性原理計算，分析 Ni表面雜質吸附與相互作用，深入研究了電池材料毒化微觀機制。模擬與計算的方法被應用于