固体氧化物燃料电池连接体优化.pdf

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1、SCIENOE＆TECHNOL0GYINFORMATl0N动力与电气工程￡罄一攀cl一{{固体氧化物燃料电池连接体优化①唾2唐维来张强杜金凤刘欢(江苏科技大学江苏科技大学江苏镇江212003)摘要：本文首先建立了一个电解质支撑的固体氧化物燃料电池(soFc)数学模型，基于此模型发现当pitch和接触电阻一定时，存在一个最优rib宽度使输出电流密度最大。通过对计算结果的分析发现，当pitch一定时，最优rib宽度与接触电阻近似成线性关系。最后给出了最优rib的优化公式。关键词：固体氧化物燃料电池电解质支撑数值模拟rib优化中图分类号：TF053文献标识码：A文章编号：16

2、72-3791(2013)11(b)一0126-02固体氧化物燃料电池作为第三代电探讨了接触电阻、Pitch宽度、rib尺寸对守恒方程决定，电荷守恒方程可以表示为：池，采用固体氧化物作为电解质，具有燃料SOFC性能的影响，并得出了一些实用性的vg(一csV(p)S(2)适应性广、能量转换效率高、零污染、全固结果。TannerandVirkarE研究了两种不其中O-为电导率；为电势；，为态等优点，因此成为当今新能源研究的热同结构的连接体对电池性能的影响。然而电流源。点之一。单个的SOFC开路电压通常在1V需要指出的是，上述研究并没有给出电解左右，功率极为有限，为了满足实际

3、的要质支撑的SOFC的最优rib的优化公式，因此2结果分析与讨论求，必须将单电池以串联、并联或混联的方这些研究成果很难定量指导电解质支撑的计算结果表明，在接触电阻~fNpitch宽式组装成电池堆。但组成电池堆后的性能SOFC的rib的设计。度固定时，随着rib尺寸的变大，电流密度先最多只有原来的一半⋯，原因是连接板结本文建立了一个电解质支撑SOFC数学增大后减小。因此，存在一个最优的rib宽度构的不合理导致较大的极化损失。连接板模型，详细的分析了不同pitch宽度和接触能够使输出的电流密度达到最大值。当接上的凹槽称为气道，和电极接触的部分称电阻时最优rib宽度，最后给出

4、了最优rib尺触电阻固定时，随着pitch尺寸的增加，最优为rib，用作支撑和收集电流。宽的rib虽然寸的优化公式。rib值而增大。例如当接触电阻为0．01Qcm会减小接触电阻，但是会导致rib覆盖下的时，pitch=2、3、4、5mm对应的最优rib宽度区域反应气体太少。因此需要对rib宽度进1控制方程分别为0．55、0．75、0．96、1．21mm。在pitch行优化。物质i的摩尔质量守恒方程为：固定时，随着接触电阻的增加，最优rib宽度2003年，Lin等人l2】，给出了阳极支撑的vg(一-I)~VC，十CU)===R(1)而增大。这主要是因为欧姆极化和浓差极SO

5、FC中rib与欧姆损失、浓度损失之间的对其中为物质i的扩散系数；为物质i化之间存在着竞争关系，接触电阻越大欧应关系。2006年，Ji等人_3研究发现，随着气的浓度；U为物质i的速度；，为物质i的摩尔姆损耗越大，为减少其损失必须增加rib尺道宽度与rib宽度比值的减小，rib与电极间寸。产生或消耗速率。的接触电阻也随之减小，欧姆损失减小，进电子电流密度和离子电流密度由电荷图l给出了不同pitch时，接触电阻与最而提高了SOFC的性能。同一年，Jeon等人【4l优rib的关系。从图1可以看出，当pitch一定时，接触电阻与最优rib的近似成线性关系，可以表示为：22dm：k

6、R+b(3)。。式中，k为斜率；b为截距。(pitch=2、3、204、5mm时对应的k值为8．9、13．5、18、21．8；对应的b值为0．48l、0．659、0．848、1．026。)在晷斜率和截距已知的情况下，通过该式可以快速算出不同接触电阻下的最优rib尺寸。3结语本文首先建立了一个电解质支撑的SOFC数学模型，然后基于此模型得到了不同pitch~N接触电阻时的最优rib宽度，且当pitch一定时，最优rib宽度随着接触电阻的增大而增大，当接触电阻一定时，最优rib宽度随着pitch宽度的增大而增大。最后给出了最优rib的优化公式。参考文献【1】KORNELYM

7、，LEONIDEA，WEBERA．eta1．Performancelimitingfactors巷§§嚣2案棼3嚣嚣肆露§inanode——supportedcellsoriginatings袋frommetaUicinterconnectordesign[J]．图1不同piteh下接触电阻与最优rib的对应关系(下转128页)①作者简介：唐维来(1990，7一)，男，江苏省宿迁市人，现职称：在校学生，学历：本科，研究方向：内燃机。工作单位：江苏科技大学；联系方式：18362886820．26科技资讯SCIENCE＆TECHNOLOGYI