固体氧化物燃料电池积碳效应数值模拟
王怡楠1
王雨晴1
张瑞宇1
李晓晓1
史翊翔2
1.北京理工大学 机电学院,北京 1000812.清华大学 能源与动力工程系,北京 100084
摘要：燃料灵活性是固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的显著优势之一,但在使用碳氢化合物为燃料时,阳极碳沉积导致的电池性能衰减是影响SOFC长期稳定运行的最主要原因之一.为探明阳极碳沉积对电池性能的影响机制,构建了以合成气(H2、CO、H2 O、CO2、CH4)为燃料的固体氧化物燃料电池一维瞬态基元反应动力学模型,模型考虑了阳极非均相反应、电化学反应、电极微观结构演变、电荷和质量传输过程以及碳相变过程的耦合效应.参考试验中不同时刻的电化学阻抗谱验证了模型的准确性,基于该模型提出了SOFC阳极碳沉积机制:在高温(>1000 K)条件下,碳以薄膜碳的形式覆盖在阳极Ni表面和Ni/YSZ/气体三相界面,阻断了非均相反应和电荷转移反应的进行;在较低温度(<1000 K)条件下,薄膜碳演化为固体碳,固体碳生长在多孔阳极内部,堵塞阳极孔隙,阻碍燃料气体扩散.所构建模型可以反映出这一机制.最后,利用模型研究不同燃料组分下阳极碳沉积导致的SOFC性能衰减.研究表明,降低燃料中CH4含量,可有效降低SOFC的性能衰减速度,提升SOFC运行性能.
关键词：固体氧化物燃料电池阳极碳沉积性能衰减基元反应模型相变
分类号：TK16(热能、热力工程)
资助基金：国家自然科学基金(52176176)
论文发表日期：2023-03-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 40-48 )
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