板式固體氧化物燃料電池的熱應(yīng)力分析

樊鵬飛　張兄文　李國君　劉倩

摘要：為了深入掌握固體氧化物燃料電池（SOFC）的結(jié)構(gòu)性能，進(jìn)而提高其可靠性，在對SOFC的內(nèi)部流動和電化學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值模擬，對順流和逆流兩種流動情況下板式SOFC內(nèi)溫度分布、電勢特征和電流密度特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，將數(shù)值計算得到的溫度場作為載荷施加到SOFC的熱應(yīng)力模型中，建立了數(shù)值模擬SOFC的有限元熱應(yīng)力模型，對SOFC關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中的三合一電極板中的熱應(yīng)力分布特征進(jìn)行了分析研究，研究結(jié)果表明：相對于順流形式，逆流形式燃料入口附近的溫度梯度要大得多；材料間熱膨脹系數(shù)的不匹配導(dǎo)致了熱應(yīng)力的產(chǎn)生；熱應(yīng)力的大小與溫度分布和溫度梯度密切相關(guān)，由于過大的熱應(yīng)力可能會導(dǎo)致SOFC結(jié)構(gòu)開裂甚至破壞，該研究工作為SOFC單電池和電池堆的設(shè)計優(yōu)化提供了重要的理論依據(jù)。