电极组分对微管固体氧化物燃料电池残余应力的影响(附件)【字数：18976】
在当前经济高速发展的背景下，能源的利用方式和环境的污染问题已成为全世界关注的焦点，开发和利用新型能源技术成为未来研究发展的必然趋势，而固体氧化物燃料电池（SOFC）以其高效、清洁、可再生等诸多优点，被公认为解决传统能源的弊端最为有效的技术之一。这其中就包括微管式SOFC，因为微管式SOFC结构上的特殊性，其管径尺寸较普通管式燃料电池大幅缩小，而带来的普通管式电池和平板式电池所没有的优势，比如力学性能更好、单位体积的功率密度更高、热应力显著减小。但是，要想使微管SOFC被广泛应用，还需要突破许多技术难题，其中既包括电池结构上的设计优化，又包括机械性能、电化学性能方面的优化设计。本文主要研究电极组分对微管SOFC残余应力的影响，主要包括如下几个部分内容对燃料电池的基础知识， SOFC的原理，微管SOFC的优势及发展前景，国内外对管式SOFC的研究进展几个方面进行了介绍，提出了研究微管SOFC的必要性。介绍了应力张量与应变张量间的函数关系、材料的力学性质计算方法、损伤几率分析方法、模型的建立方法。采用第二章建立的模型，分析了电极组分对微管SOFC残余应力和损伤几率的影响。增大阳极中Ni的体积分数，微管SOFC三层结构中的残余应力都随之增大。此外，阴极中LSM的体积分数变化对于微管SOFC三层结构的影响都很小，可以忽略。随着阳极中Ni体积分数的增大，阳极、电解质、阴极的损伤几率都增大，但因为电解质和阴极损伤几率在整个变化中的最大值仍小于10-6，影响可以忽略不计主要分析了阳极、阴极、电解质三者之间厚度的关联性，总结出了复合阳极材料中Ni体积分数变化时各自对应的“最小阳极厚度”计算公式，为微管SOFC的结构设计提供了理论指导。结论部分对全文进行了总结。关键词微管SOFC；电极组分；残余应力；损伤几率；最小阳极厚度
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究开发燃料电池的意义 1
1.2 燃料电池基础 2
1.2.1 燃料电池的特点 2
1.2.2 燃料电池的组成及工作原理 2
1.2.3 燃料电池的分类 3
1.2.4 燃料电池的性能 4
1.3 固体氧化物燃料电池(SOFC) 5
1.3.1 SOFC的优点 5
1.3.2 SO *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
FC的工作原理 5
1.3.3 SOFC的基本结构型式及特征 6
1.4 微管式固体氧化物燃料电池（MTSOFC) 8
1.4.1 MTSOFC的优势 8
1.4.2 MTSOFC的发展前景 8
1.5 国内外管式SOFC研究和开发的现状 9
第二章 微管SOFC二维轴对称模型的构建 11
2.1 建模理论依据 11
2.1.1 应力张量与应变张量间的函数关系 11
2.1.2 材料的力学性质 12
2.1.3 损伤几率分析 13
2.2 构建模型 14
2.2.1 模型构建及应用的四个阶段 15
2.2.2 构建模型的具体步骤 16
第三章 电极组分对微管SOFC残余应力及损伤几率的影响 24
3.1 研究的意义 24
3.2 电极组分对残余应力的影响 24
3.2.1 阳极中Ni体积分数对残余应力的影响 24
3.2.2 电解质厚度对残余应力的影响 27
3.2.3 阴极厚度对残余应力的影响 29
3.2.4 阴极材料中LSM体积分数对残余应力的影响 31
3.3 电极组分对损伤几率的影响 32
3.3.1 阳极中Ni体积分数对损伤几率的影响 32
3.3.2 电解质厚度对损伤几率的影响 34
3.3.3 阴极厚度对损伤几率的影响 36
3.3.4 阴极材料中LSM体积分数对损伤几率的影响 38
第四章 微管SOFC最小阳极厚度公式 40
4.1 阳极厚度与电解质厚度、阴极厚度的关联性 40
4.1.1 阳极厚度与电解质厚度的关系 40
4.1.2 阳极厚度与阴极厚度的关系 41
4.2 最小阳极厚度的计算 42
4.2.1 阳极Ni体积分数为40%时最小阳极厚度 42
4.2.2 阳极Ni体积分数为45%时最小阳极厚度 45
4.2.3 阳极Ni体积分数为50%时最小阳极厚度 47
4.2.4 阳极Ni体积分数为55%时最小阳极厚度 50
4.2.5 阳极Ni体积分数为60%时最小阳极厚度 52
结 论 56
致 谢 58
参考文献 59
第一章 绪论
1.1 研究开发燃料电池的意义
? 现如今随着的经济的飞速发展，未来对于电力方面的需求将成倍增加，较世界发达国家而言，发展中国家，比如我国，对于电力的需求更加是与日俱增，面对这种态势，当前发电技术则存在明显的弊端，因为传统发电技术采用的是中心供电体系，即在偏远山区设置风力、水利、火力发电，通过国家电网传输到各个用电系统，这期间传输过程中的能源浪费非常严重，且供电设备价格昂贵，正是在这样的背景下，燃料电池才受到人们的广泛关注，其中最有潜力的就是固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)，SOFC能够实现分散性区域供电，按照用电系统所需电量大小自由调配，大大提高了能源利用率，有效节约了供电成本。此外，现如今汽车行业发展迅猛，寻求传统汽车能源的替代品已经受到社会各界的广泛关注与重视，燃料电池完全能够实现对汽车辅助控制系统的供电，例如车内导航系统，车灯，指示灯等各类仪表仪器，能够有效地替代原始的蓄电池，做到真正的清洁、环保、可再生，因此燃料电池伴随着汽车行业的迅猛发展，其应用领域将变得更广，新能源汽车将在不久的将来成为现实。
??伴随着工业的高速发展，我国对于化石燃料的使用占据主导地位，城市供暖采用的煤炭、乡村生活燃烧的秸秆、各类汽车的燃油都与化石燃料密不可分，人们在得到便捷舒适的生活方式的同时，也承受着化石燃料的不合理利用所带来的污染恶果，据全球一份最新的环境监测报告显示：我国人均CO2的排放量与世界发达差别不大，然而其总量已跃居世界的第二位。面对全球气候变暖，这样的数据不得不引起我们的重视。SO2的过分排放造成酸雨灾害频发，国民损失数额巨大，如果这种情况不能采取相应的措施及时治理，任其发展下去，那么10年后我国居民的身体健康将受到直接威胁，大气的污染将引发各种呼吸道疾病，甚至诱发癌症。正是有了这样的危机时刻，燃料电池更加值得人们研究与应用。现如今SOFC已经能够保证发电过程的损失降到最低，燃料燃烧后的产物中污染物含量明显减少，所以我们要想改善污染问题就要在根源上寻找到新的能源作为化石燃料的有效替代品。
??为适应当今社会经济发展的需求，在电力供应方面不仅要做到足够量的产出，还要保证质的提升，当今社会电子产品已融入到生活的方方面面，人们已经习惯了电力带来的便捷，如果电力发生全面中断，小到居民的生活起居，大到国家的经济运营，都将受到严重影响，而就这点来说，燃料电池，尤其是SOFC则具有绝对的优势，它不仅能够保证能源的不断供给，而且还是清洁、无污染，无噪声的高效电力转化系统。
1.2 燃料电池基础
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第一章 绪论 1
1.1 研究开发燃料电池的意义 1
1.2 燃料电池基础 2
1.2.1 燃料电池的特点 2
1.2.2 燃料电池的组成及工作原理 2
1.2.3 燃料电池的分类 3
1.2.4 燃料电池的性能 4
1.3 固体氧化物燃料电池(SOFC) 5
1.3.1 SOFC的优点 5
1.3.2 SO *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
FC的工作原理 5
1.3.3 SOFC的基本结构型式及特征 6
1.4 微管式固体氧化物燃料电池（MTSOFC) 8
1.4.1 MTSOFC的优势 8
1.4.2 MTSOFC的发展前景 8
1.5 国内外管式SOFC研究和开发的现状 9
第二章 微管SOFC二维轴对称模型的构建 11
2.1 建模理论依据 11
2.1.1 应力张量与应变张量间的函数关系 11
2.1.2 材料的力学性质 12
2.1.3 损伤几率分析 13
2.2 构建模型 14
2.2.1 模型构建及应用的四个阶段 15
2.2.2 构建模型的具体步骤 16
第三章 电极组分对微管SOFC残余应力及损伤几率的影响 24
3.1 研究的意义 24
3.2 电极组分对残余应力的影响 24
3.2.1 阳极中Ni体积分数对残余应力的影响 24
3.2.2 电解质厚度对残余应力的影响 27
3.2.3 阴极厚度对残余应力的影响 29
3.2.4 阴极材料中LSM体积分数对残余应力的影响 31
3.3 电极组分对损伤几率的影响 32
3.3.1 阳极中Ni体积分数对损伤几率的影响 32
3.3.2 电解质厚度对损伤几率的影响 34
3.3.3 阴极厚度对损伤几率的影响 36
3.3.4 阴极材料中LSM体积分数对损伤几率的影响 38
第四章 微管SOFC最小阳极厚度公式 40
4.1 阳极厚度与电解质厚度、阴极厚度的关联性 40
4.1.1 阳极厚度与电解质厚度的关系 40
4.1.2 阳极厚度与阴极厚度的关系 41
4.2 最小阳极厚度的计算 42
4.2.1 阳极Ni体积分数为40%时最小阳极厚度 42
4.2.2 阳极Ni体积分数为45%时最小阳极厚度 45
4.2.3 阳极Ni体积分数为50%时最小阳极厚度 47
4.2.4 阳极Ni体积分数为55%时最小阳极厚度 50
4.2.5 阳极Ni体积分数为60%时最小阳极厚度 52
结 论 56
致 谢 58
参考文献 59
第一章 绪论
1.1 研究开发燃料电池的意义
? 现如今随着的经济的飞速发展，未来对于电力方面的需求将成倍增加，较世界发达国家而言，发展中国家，比如我国，对于电力的需求更加是与日俱增，面对这种态势，当前发电技术则存在明显的弊端，因为传统发电技术采用的是中心供电体系，即在偏远山区设置风力、水利、火力发电，通过国家电网传输到各个用电系统，这期间传输过程中的能源浪费非常严重，且供电设备价格昂贵，正是在这样的背景下，燃料电池才受到人们的广泛关注，其中最有潜力的就是固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)，SOFC能够实现分散性区域供电，按照用电系统所需电量大小自由调配，大大提高了能源利用率，有效节约了供电成本。此外，现如今汽车行业发展迅猛，寻求传统汽车能源的替代品已经受到社会各界的广泛关注与重视，燃料电池完全能够实现对汽车辅助控制系统的供电，例如车内导航系统，车灯，指示灯等各类仪表仪器，能够有效地替代原始的蓄电池，做到真正的清洁、环保、可再生，因此燃料电池伴随着汽车行业的迅猛发展，其应用领域将变得更广，新能源汽车将在不久的将来成为现实。
??伴随着工业的高速发展，我国对于化石燃料的使用占据主导地位，城市供暖采用的煤炭、乡村生活燃烧的秸秆、各类汽车的燃油都与化石燃料密不可分，人们在得到便捷舒适的生活方式的同时，也承受着化石燃料的不合理利用所带来的污染恶果，据全球一份最新的环境监测报告显示：我国人均CO2的排放量与世界发达差别不大，然而其总量已跃居世界的第二位。面对全球气候变暖，这样的数据不得不引起我们的重视。SO2的过分排放造成酸雨灾害频发，国民损失数额巨大，如果这种情况不能采取相应的措施及时治理，任其发展下去，那么10年后我国居民的身体健康将受到直接威胁，大气的污染将引发各种呼吸道疾病，甚至诱发癌症。正是有了这样的危机时刻，燃料电池更加值得人们研究与应用。现如今SOFC已经能够保证发电过程的损失降到最低，燃料燃烧后的产物中污染物含量明显减少，所以我们要想改善污染问题就要在根源上寻找到新的能源作为化石燃料的有效替代品。
??为适应当今社会经济发展的需求，在电力供应方面不仅要做到足够量的产出，还要保证质的提升，当今社会电子产品已融入到生活的方方面面，人们已经习惯了电力带来的便捷，如果电力发生全面中断，小到居民的生活起居，大到国家的经济运营，都将受到严重影响，而就这点来说，燃料电池，尤其是SOFC则具有绝对的优势，它不仅能够保证能源的不断供给，而且还是清洁、无污染，无噪声的高效电力转化系统。
1.2 燃料电池基础
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