微管固体氧化物燃料电池残余应力分析及电极电解质厚度研究
发布时间：2021-06-19 15:57
微管式固体氧化物燃料电池（Micro Tubular Solid Oxide Fuel Cell,MT-SOFC）具有启停速度快,易于密封、便于移动等优点,引起了研究人员的广泛关注。在电池烧结制造过程中,由于各部件热膨胀系数差异造成的残余应力对电池寿命及稳定性有着非常重要的影响;与实验研究相比,数值模拟方法研究MT-SOFC残余应力成本低,效率高且易实施。因此,本论文采用数值模拟方法,探究电极和电解质厚度对MT-SOFC残余应力的影响机制,并采用Weibull分析方法预测其损伤几率,进而改进电池结构的设计,提高MT-SOFC稳定性。本论文具体研究内容如下:1、首先本论文详细探讨了阳极、电解质、阴极厚度对残余应力的影响。结果表明,阳极主要受到拉应力,电解质和阴极主要受到压应力;若只改变阳极、电解质和阴极中任意一层厚度,则该层所受应力随厚度的增加而减小。随后采用Weibull分析方法计算阳极的损伤几率,发现薄的阳极或厚的电解质和阴极会使得阳极更易损伤;且电解质对阳极损伤几率的影响相比于阴极的影响更显著。最后,给出了最小阳极厚度表达式:tmin-anode（28）(0....
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOFC基本工作原理
图 1.2 （a）平板式单电池[2]；（b）平板式电堆[5]Fig. 1.2 (a) The single planer SOFC[2]; (b) the planer SOFC stack[5]2）管式 SOFC图 1.3 所示，传统管式 SOFC（管径一般>15mm）有外管和内管，其中管，管的外表面是电池的阳极侧，内表面是阴极侧，电解质置于两侧之氧化铝构成的空气流通管，经预热的空气从管底注入，从两管之间的间管的阴极表面；电池管尾部封闭。燃料气通过电池管的间隙流至阳极表过阴极和电解质与燃料发生化学反应产生电流。与其他类型的电池相比最主要的特点就是不需要考虑高温密封，正因此管式 SOFC 比平板式性用寿命更长[7]。然而，单位面积功率密度（大约 0.2W/cm2）低于平板式池最大可达到 2W/cm2，电堆最少可达到 0.5W/cm2），电流路径较长，欧作成本高。
图 1.2 （a）平板式单电池[2]；（b）平板式电堆[5]Fig. 1.2 (a) The single planer SOFC[2]; (b) the planer SOFC stack[5]（2）管式 SOFC如图 1.3 所示，传统管式 SOFC（管径一般>15mm）有外管和内管，其中，池管，管的外表面是电池的阳极侧，内表面是阴极侧，电解质置于两侧之间由氧化铝构成的空气流通管，经预热的空气从管底注入，从两管之间的间隙池管的阴极表面；电池管尾部封闭。燃料气通过电池管的间隙流至阳极表面越过阴极和电解质与燃料发生化学反应产生电流。与其他类型的电池相比，C 最主要的特点就是不需要考虑高温密封，正因此管式 SOFC 比平板式性能使用寿命更长[7]。然而，单位面积功率密度（大约 0.2W/cm2）低于平板式 电池最大可达到 2W/cm2，电堆最少可达到 0.5W/cm2），电流路径较长，欧姆制作成本高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Solid oxide fuel cell interconnect design optimization considering the thermal stresses[J]. Min Xu,Tingshuai Li,Ming Yang,Martin Andersson. Science Bulletin. 2016(17)
[2]COMSOL Multiphysics有限元软件数值模拟气液两相流的可行性研究[J]. 秦梓钧,刘保君,张雪,韩洪升. 当代化工. 2016(05)
[3]浅析COMSOL Multiphysics在结构动力分析中的应用[J]. 糜凯华. 人民珠江. 2016(03)
[4]微管固体氧化物燃料电池的热应力分析[J]. 徐颖强,段辰宸,王雷雷. 电源技术. 2013(08)
[5]COMSOL Multiphysics 3.5新特征[J]. 蒙茂洲. CAD/CAM与制造业信息化. 2009(04)
[6]阳极支撑平板SOFC单电池热应力数学模型分析[J]. 谢光远,崔崑,肖建中,钱晓良. 华中科技大学学报(自然科学版). 2002(11)
博士论文
[1]管式固体氧化物燃料电池跨尺度多物理场耦合数值分析优化[D]. 于子冬.江苏大学 2017
[2]固体氧化物燃料电池性能及其退化的微结构理论与多尺度模拟[D]. 李家玉.中国科学技术大学 2013
[3]平板状阳极支撑固体氧化物燃料电池的实验与数值模拟[D]. 汤根土.浙江大学 2005
硕士论文
[1]固体氧化物燃料电池阳极制备及稳定性能研究[D]. 杨洋.安徽理工大学 2017
[2]金属支撑型固体氧化物燃料电池制备及性能研究[D]. 孙承志.哈尔滨工业大学 2017
[3]固体氧化物燃料电池多物理场模拟与结构优化[D]. 施红玉.中国科学技术大学 2017
[4]平板式固体氧化物燃料电池连接体的设计与优化[D]. 高祥.江苏科技大学 2016
[5]基于COMSOL的三维ECT传感器结构参数研究[D]. 林振东.沈阳工业大学 2015
[6]LaCo0.6Ni0.4O3-δ作为中温固体氧化物燃料电池阴极接触材料的研究[D]. 李道广.华中科技大学 2014
[7]大面积平板式SOFC单电池测试及性能研究[D]. 汪杰.华中科技大学 2011
本文编号：3238108
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SOFC基本工作原理
图 1.2 （a）平板式单电池[2]；（b）平板式电堆[5]Fig. 1.2 (a) The single planer SOFC[2]; (b) the planer SOFC stack[5]2）管式 SOFC图 1.3 所示，传统管式 SOFC（管径一般>15mm）有外管和内管，其中管，管的外表面是电池的阳极侧，内表面是阴极侧，电解质置于两侧之氧化铝构成的空气流通管，经预热的空气从管底注入，从两管之间的间管的阴极表面；电池管尾部封闭。燃料气通过电池管的间隙流至阳极表过阴极和电解质与燃料发生化学反应产生电流。与其他类型的电池相比最主要的特点就是不需要考虑高温密封，正因此管式 SOFC 比平板式性用寿命更长[7]。然而，单位面积功率密度（大约 0.2W/cm2）低于平板式池最大可达到 2W/cm2，电堆最少可达到 0.5W/cm2），电流路径较长，欧作成本高。
图 1.2 （a）平板式单电池[2]；（b）平板式电堆[5]Fig. 1.2 (a) The single planer SOFC[2]; (b) the planer SOFC stack[5]（2）管式 SOFC如图 1.3 所示，传统管式 SOFC（管径一般>15mm）有外管和内管，其中，池管，管的外表面是电池的阳极侧，内表面是阴极侧，电解质置于两侧之间由氧化铝构成的空气流通管，经预热的空气从管底注入，从两管之间的间隙池管的阴极表面；电池管尾部封闭。燃料气通过电池管的间隙流至阳极表面越过阴极和电解质与燃料发生化学反应产生电流。与其他类型的电池相比，C 最主要的特点就是不需要考虑高温密封，正因此管式 SOFC 比平板式性能使用寿命更长[7]。然而，单位面积功率密度（大约 0.2W/cm2）低于平板式 电池最大可达到 2W/cm2，电堆最少可达到 0.5W/cm2），电流路径较长，欧姆制作成本高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Solid oxide fuel cell interconnect design optimization considering the thermal stresses[J]. Min Xu,Tingshuai Li,Ming Yang,Martin Andersson. Science Bulletin. 2016(17)
[2]COMSOL Multiphysics有限元软件数值模拟气液两相流的可行性研究[J]. 秦梓钧,刘保君,张雪,韩洪升. 当代化工. 2016(05)
[3]浅析COMSOL Multiphysics在结构动力分析中的应用[J]. 糜凯华. 人民珠江. 2016(03)
[4]微管固体氧化物燃料电池的热应力分析[J]. 徐颖强,段辰宸,王雷雷. 电源技术. 2013(08)
[5]COMSOL Multiphysics 3.5新特征[J]. 蒙茂洲. CAD/CAM与制造业信息化. 2009(04)
[6]阳极支撑平板SOFC单电池热应力数学模型分析[J]. 谢光远,崔崑,肖建中,钱晓良. 华中科技大学学报(自然科学版). 2002(11)
博士论文
[1]管式固体氧化物燃料电池跨尺度多物理场耦合数值分析优化[D]. 于子冬.江苏大学 2017
[2]固体氧化物燃料电池性能及其退化的微结构理论与多尺度模拟[D]. 李家玉.中国科学技术大学 2013
[3]平板状阳极支撑固体氧化物燃料电池的实验与数值模拟[D]. 汤根土.浙江大学 2005
硕士论文
[1]固体氧化物燃料电池阳极制备及稳定性能研究[D]. 杨洋.安徽理工大学 2017
[2]金属支撑型固体氧化物燃料电池制备及性能研究[D]. 孙承志.哈尔滨工业大学 2017
[3]固体氧化物燃料电池多物理场模拟与结构优化[D]. 施红玉.中国科学技术大学 2017
[4]平板式固体氧化物燃料电池连接体的设计与优化[D]. 高祥.江苏科技大学 2016
[5]基于COMSOL的三维ECT传感器结构参数研究[D]. 林振东.沈阳工业大学 2015
[6]LaCo0.6Ni0.4O3-δ作为中温固体氧化物燃料电池阴极接触材料的研究[D]. 李道广.华中科技大学 2014
[7]大面积平板式SOFC单电池测试及性能研究[D]. 汪杰.华中科技大学 2011
本文编号：3238108
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3238108.html
教材专著
