甲烷内部重整的固体氧化物燃料电池三维多物理场数值模拟

摘要

为了研究以预重整甲烷为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)的性能以及内部参数的分布规律,基于有限元模拟软件COMSOL Multiphysics,采用甲烷在电池内部直接重整的方法,建立了阳极支撑型平板SOFC的数值模型.该模型耦合了电池内部的传热传质、动量传输、电荷传输以及化学反应的控制方程.结果表明:工作电压下降会导致电流密度的升高,阳极功能层与电解质界面的电流密度主要受到氧气扩散速率的限制;甲烷的蒸汽重整反应会强烈吸热,有利于降低电池的温度梯度,提高电池寿命;使用甲烷作为燃料时会产生热力学积碳现象,特别是在燃料入口处附近可能会产生由于甲烷热分解而形成的积碳;降低电压,提高电流密度有利于抑制热力学积碳.