凝聚态-基于材料结构演化的固体氧化物燃料电池性能退化模拟分析课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,基于材料结构演化的固体氧化物燃料电池性能退化模拟分析,基于材料结构演化的固体氧化物燃料电池性能退化模拟分析,能源问题非常严竣,化石能源仍然是现阶段能源结构的主体。传统能源使用过程中造成污染,如何高效清洁地使用能源成为一项重要课题,研究背景,固体氧化物燃料电池（,SOFC,）,可以直接使用化石能源或生物质能源转化来的碳氢化合物做为燃料，将其高效地转化为电能的装置，并且运行中污染物排放量低，是一种理想的能源利用装置。,能源问题非常严竣研究背景固体氧化物燃料电池（SOFC）可以直,研究背景,SOFC,的优点,（,1,）燃料灵活,（,2,）结构灵活，易于组装,（,3,）催化剂成本低,（,4,）效率高,（,5,）污染小,面临的问题：,1.,电池系统成本较高,2.,电池寿命长度不够,研究背景SOFC的优点面临的问题：1. 电池系统成本较高,研究背景,限制,SOFC,长期性能的因素,研究背景限制SOFC长期性能的因素,电池,结构,SOFC,结构示意图,结构,材料,连接体,SS430,阳极,Ni-YSZ,电解质,YSZ,阴极,LSM-YSZ,电池结构SOFC结构示意图结构材料连接体SS430阳极Ni-,电池模拟,质量输运,动量输运,能量输运,电荷输运,电化学反应,SOFC,多物理场,电荷输运方程,电化学反应控制方程,气体输运控制方程,电池模拟质量输运动量输运能量输运电荷输运电化学反应SOFC电,连接体,连接体退化主要来自材料氧化导致的电阻增大,不锈钢材料,SS430,氧化,氧化层生长速度,优化：,添加涂层可以有效减缓氧化速度,连接体连接体退化主要来自材料氧化导致的电阻增大氧化层生长速度,连接体,(,a,)Increase of ASR (b)degradation of cell performance caused by the growth of interconnect oxide scale,(a) (b),连接体(a)Increase of ASR (b)degra,阳极,造成电池性能下降的材料退化过程主要是,Ni,的粗化,阳极造成电池性能下降的材料退化过程主要是Ni的粗化,阳极,Ni,颗粒半径的增长会导致阳极电化学反应三相区面积的缩小和电子电导率的下降,阳极Ni颗粒半径的增长会导致阳极电化学反应三相区面积的缩小和,阳极,De,gradation of cell performance caused by the coarsening of anode Ni particle,优化：,通过调整阳极,Ni,颗粒的初始半径与,YSZ,颗粒的初始半径之比可以极大地削弱这一退化,阳极Degradation of cell performa,阳极,当阳极电子电导率超过一定值时，电导率继续增加对于电池性能的影响微乎其微。,阳极当阳极电子电导率超过一定值时，电导率继续增加对于电池性能,电解质,电解质的性能退化来自于,YSZ,在高温下离子电导率的下降,。,电解质电解质的性能退化来自于YSZ在高温下离子电导率的下降。,电解质,(a) The decrease of ionic conductivity of YSZ with time, (b) degradation of cell performance caused by,the phase transition of YSZ,(a) (b),电解质(a) The decrease of ionic c,阴极,LSM,与,YSZ,在烧结阴极时会发生化学反应生成绝缘相，导致阴极电导率下降,(,通常烧结温度在,1200,度以上）,对于,SOFC,正常工作温度（,600-800,度），此化学反应不会发生，所以从长期性能来考虑，,LSM-YSZ,阴极十分稳定,阴极LSM与YSZ在烧结阴极时会发生化学反应生成绝缘相，导致,电池整体,Performance degradation due to,the structural changes of,interconnect, anode, electrolyte and cathode,综合考虑电池各组件的材料退化，在进行相应的优化处理后，可以保证电池的长期性能退化低于,0.4%/1000h,，远优于,1%2%/1000h,的商业化要求。,电池整体Performance degradation du,