阳极支撑与阴极支撑管式固体氧化物燃料(附件)【字数：11736】
传统的火力发电厂能源利用率只有30%，而一般的燃料电池的能源利用率远远高于它，大约在50%左右，并且燃料电池的安装位置不需要固定，占地面积小，建设周期短，操作简单方便，所以燃料电池受到了很多国家的重视。本论文利用有限元方法建立了管式固体氧化物燃料电池模型，然后对比分析阳极支撑与阴极支撑固体氧化物燃料电池的性能差异，为电池设计提供理论依据。 第一章主要介绍了燃料电池的基础知识，包含燃料电池的定义、组成、工作原理、热力学、反应动力学等，以及燃料电池的发展趋势。 第二章学建立了阳极支撑与阴极支撑燃料电池模型，并给出了模型几何结构、控制方程等，分析了关键物理量的分布规律。 第三章 分析了不同温度、管内径、及电池厚度时，两种支撑类型燃料电池的性能差异。发现阴极支撑的氢气浓度差远大于阳极支撑的氢气浓度差，而阳极支撑的氧气浓度差远大于阴极支撑的氧气浓度差。在相同的条件下，阴极支撑的电池性能优于阳极支撑。不论是阳极支撑电池还是阴极支撑电池，随着管内径的增加电流密度减小，但减小幅度不大。 结论部分对整个论文作出了简要总结。 关键词管式SOFC 阳极支撑 阴极支撑
目 录
第一章 绪论 2
1.1 燃料电池 2
1.2 燃料电池热力学 3
1.3 燃料电池电化学反应 5
1.4 电荷传输 7
1.5 质量传输 8
1.6 国内外燃料电池研究进展 9
第二章 燃料电池模型 12
2.1 物理几何模型创建 12
2.2 控制方程 14
2.2.1 气体传输方程 14
2.2.2 导电方程 14
2.2.3 电化学反应方程 14
2.3 结果分析 14
2.3.1 氢气分布 15
2.3.2 氧气的分布 16
2.3.3 水的分布 18
2.3.4 阳极电极 20
2.3.5 阴极电极 22
第三章 两种支撑燃料电池性能对比 25
3.1 温度为1373K两种支撑电池性能对比 25
3.2 温度为1273K两种支撑电池性能对比 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.3 温度为1173K两种支撑电池性能对比 30
3.4 温度为1073K两种支撑电池性能对比 33
结 论 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1 燃料电池
（1）燃料电池定义
燃料电池不同于一般传统电池，虽然两者的原理都是电化学原理，但燃料电池与其他电池的不同在于它可以不消耗任何材料来产生电能，它主要是依靠化学反应。我们可以形象的把它看成工厂的厂房，将燃料中的化学能转化成电能。
简单的燃料化学电池，可以看成两个半电化学反应
（11）
（12）
不能让这两个化学反应在同一个地方发生，使其分开也就是在不同空间位置，由燃料转换的电子在上述反应完成之前通过外电路流出并用以做功。通常电解质的作用就是要把阳极和阴极分开。电解质特殊之处在于电子无法经过这里，而离子就可以流经这里。而燃料化学电池是有至少两个电极组成，电极就是化学反应反应发生处，电解质将电极隔离出来。
（2） 燃料电池的特点
通俗一点，我们可以把燃料化学电池当作生产车间，要想有源源不断的电能就必须不断地向其中加入燃料使之产生化学反应释放能量，从某些角度来看它与内燃机有很多相似之处。不仅如此，我么都知道燃料电池工作原理是还电化学原理，从这里来说它又与原电池有很多相同的工作共性。基于此两点我们很明显总结出燃料电池是这两种的结合体，他们的优点燃料电池也当然具有。另一方面燃料电池由于可以做成全固态机械结构，这样的结构具有高可靠性较长的寿命。而且由于其部件都是静止的，化学电池工作时非常安静，其污染排放物也可以忽略不计。化学电池还具有提供较高能量密度的潜力，补充燃料就可以快速充电，普通电池则不可以，所以化学电池对于可持续发展具有重要的意义。
（3） 燃料电池的基本工作流程
所以为了提供更大的反应表面，使表面与体积与最大化，所以我们通常把燃料电池设计成薄的平板结构，我们还要进一步知道：电池的阳极发生的是氧化反应，而电池的阴则发生还原反应。氧化还原反应的进行保证了整个电路中电子的循环，氧化反应释放电子。还原反应消耗电子。阳极是指发生氧化反应的电极其实就是电子流出的电极。所以阴极就是电子流入的电极。但是我们应该注意的是阳极或阴极都有可能是正极或负极。整个电池的电子流程可简单分为四步：
1向燃料电池中不断的加入参加化学反应的物质。化学反应发生才能产生能量，要有原料。想法非常简单但是实现其步骤相当复杂。首先利用流场板结合多孔电极结构可以实现反应物输运。而对流场板的要求非常高，材料成分对材料特性限制非常严格，列如电的热的机械的和腐蚀的要求。
2电化反应。燃料电池的电流越大，所需要化学反应速度越快，但是迟钝的化学反应则导致较低的电流输出。毫无疑问我们要的是高电流，所以催化剂的重要性不言而喻。
3离子通过电解质传导，电子通过外电路传导。化学反应的反生伴随着电子离子的传导。为了保持电荷平衡，必须要电子离子移动起来去补充。
4反应产物从燃料电池中排出。燃料电池不仅仅产生电还有至少一种生成物。当然不同燃料电池排出不同的生成物。就是必须要将生成物排出使其不能阻止新的燃料反应。
1.2 燃料电池热力学
热力学是用来探讨能量及其转换的学科，对于燃料电池研究非常重要。固体氧化物电池也是燃料电池的一种，本论文阳极支撑式管式还是阴极支撑式管式也好属于固体氧化物电池，电池就是用来能量转换的，所以我们必须深入理解热力学。
（1） 热力学简要说明
目 录
第一章 绪论 2
1.1 燃料电池 2
1.2 燃料电池热力学 3
1.3 燃料电池电化学反应 5
1.4 电荷传输 7
1.5 质量传输 8
1.6 国内外燃料电池研究进展 9
第二章 燃料电池模型 12
2.1 物理几何模型创建 12
2.2 控制方程 14
2.2.1 气体传输方程 14
2.2.2 导电方程 14
2.2.3 电化学反应方程 14
2.3 结果分析 14
2.3.1 氢气分布 15
2.3.2 氧气的分布 16
2.3.3 水的分布 18
2.3.4 阳极电极 20
2.3.5 阴极电极 22
第三章 两种支撑燃料电池性能对比 25
3.1 温度为1373K两种支撑电池性能对比 25
3.2 温度为1273K两种支撑电池性能对比 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.3 温度为1173K两种支撑电池性能对比 30
3.4 温度为1073K两种支撑电池性能对比 33
结 论 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1 燃料电池
（1）燃料电池定义
燃料电池不同于一般传统电池，虽然两者的原理都是电化学原理，但燃料电池与其他电池的不同在于它可以不消耗任何材料来产生电能，它主要是依靠化学反应。我们可以形象的把它看成工厂的厂房，将燃料中的化学能转化成电能。
简单的燃料化学电池，可以看成两个半电化学反应
（11）
（12）
不能让这两个化学反应在同一个地方发生，使其分开也就是在不同空间位置，由燃料转换的电子在上述反应完成之前通过外电路流出并用以做功。通常电解质的作用就是要把阳极和阴极分开。电解质特殊之处在于电子无法经过这里，而离子就可以流经这里。而燃料化学电池是有至少两个电极组成，电极就是化学反应反应发生处，电解质将电极隔离出来。
（2） 燃料电池的特点
通俗一点，我们可以把燃料化学电池当作生产车间，要想有源源不断的电能就必须不断地向其中加入燃料使之产生化学反应释放能量，从某些角度来看它与内燃机有很多相似之处。不仅如此，我么都知道燃料电池工作原理是还电化学原理，从这里来说它又与原电池有很多相同的工作共性。基于此两点我们很明显总结出燃料电池是这两种的结合体，他们的优点燃料电池也当然具有。另一方面燃料电池由于可以做成全固态机械结构，这样的结构具有高可靠性较长的寿命。而且由于其部件都是静止的，化学电池工作时非常安静，其污染排放物也可以忽略不计。化学电池还具有提供较高能量密度的潜力，补充燃料就可以快速充电，普通电池则不可以，所以化学电池对于可持续发展具有重要的意义。
（3） 燃料电池的基本工作流程
所以为了提供更大的反应表面，使表面与体积与最大化，所以我们通常把燃料电池设计成薄的平板结构，我们还要进一步知道：电池的阳极发生的是氧化反应，而电池的阴则发生还原反应。氧化还原反应的进行保证了整个电路中电子的循环，氧化反应释放电子。还原反应消耗电子。阳极是指发生氧化反应的电极其实就是电子流出的电极。所以阴极就是电子流入的电极。但是我们应该注意的是阳极或阴极都有可能是正极或负极。整个电池的电子流程可简单分为四步：
1向燃料电池中不断的加入参加化学反应的物质。化学反应发生才能产生能量，要有原料。想法非常简单但是实现其步骤相当复杂。首先利用流场板结合多孔电极结构可以实现反应物输运。而对流场板的要求非常高，材料成分对材料特性限制非常严格，列如电的热的机械的和腐蚀的要求。
2电化反应。燃料电池的电流越大，所需要化学反应速度越快，但是迟钝的化学反应则导致较低的电流输出。毫无疑问我们要的是高电流，所以催化剂的重要性不言而喻。
3离子通过电解质传导，电子通过外电路传导。化学反应的反生伴随着电子离子的传导。为了保持电荷平衡，必须要电子离子移动起来去补充。
4反应产物从燃料电池中排出。燃料电池不仅仅产生电还有至少一种生成物。当然不同燃料电池排出不同的生成物。就是必须要将生成物排出使其不能阻止新的燃料反应。
1.2 燃料电池热力学
热力学是用来探讨能量及其转换的学科，对于燃料电池研究非常重要。固体氧化物电池也是燃料电池的一种，本论文阳极支撑式管式还是阴极支撑式管式也好属于固体氧化物电池，电池就是用来能量转换的，所以我们必须深入理解热力学。
（1） 热力学简要说明
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