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小沖桿試驗評價平板式固體氧化物燃料電池釬焊密封接頭力學性能研究[J]. 機械工程學報，2021，57(10)：178-186.

固體氧化物燃料電池（SOFC）是可再生能源轉換裝置，由于其低排放、高效率和易于獲得等優點，成為具有巨大潛力的能源裝置選擇之一。大型SOFC固定式發電系統通常由多個電堆組裝而成，系統穩定性優越。SOFC 多堆系統通常由多個堆和平衡的組件組成，包括輸配電網絡 、熱交換器和廢氣處理裝置。由于流量、溫度和燃料之間的密切關系，電堆的結構可以顯著影響這些物理量的分布。

“COMSOL多物理場耦合仿真技術與應用-燃料電池”COMSOL仿真基礎 1、COMSOL軟件基本操作1.1創建模型一般步驟1.2幾何創建方法1.3 網格劃分技巧1.4 方程及邊界設置2、后處理2.1 數據集創建2.2 衍生量的計算2.3 結果圖的繪制實例操作：肋片散熱模型，化整為零式網格劃分模型COMSOL燃料電池仿真技術詳解 3、燃料電池仿真

具有發電效率高、燃料范圍廣、環境污染小、可靠性高等特點。圖1 燃料電池基本結構包括陽極（燃料電極）、陰極（氧電極）和電解質根據燃料電池中使用的電解質種類，可以將其分為堿性燃料電池、磷酸燃料電池、固體氧化物燃料電池等6種。

另外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料，當樣氣中的氧進入燃料電池后，將獲取電子轉換成離子態，再通過電解質的傳遞最終與陽極發生化學反應。反應物之一是樣氣中的氧，另一反應物是存儲在電池中的陽極，綜合反應是樣氣中的氧分子和陽極發生氧化反應，最終生成陽極材料的氧化物。這種反應類似于燃料電池的反應機理，因此稱此類傳感器為燃料電池式。

氫燃料電池是通過氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能的發電裝置，可廣泛應用于交通、工業、建筑、軍事等領域，燃料電池本質是水電解的“逆”裝置，直接將化學能轉化為電能，有無需燃燒、功率密度高等特點。按照電解質的不同，常用的燃料電池可分為質子交換膜燃料電池（PEMFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）和磷酸型燃料電池（PAFC）、堿性燃料電池 （AFC）和碳酸型燃料電池 （MCFC）等。

2、專題一課程主要講解燃料電池仿真應用，以燃料電池仿真、多孔電極模型、塵氣輸運模型、紐扣電池模型、連接體模型、直接碳燃料電池模型（傳質-導電-電化學-熱多場耦合）以及應力分析為例，帶大家掌握COMSOL仿真從簡到真的燃料電池建模方法。

基于可逆電化學反應的電解技術提供了一種“波動電-燃料”的新路徑，這一路徑可以電解H2O產出H2等符合新型能源結構的綠色燃料，通過與可逆固體氧化物電池技術的結合，電網的儲能產業與電解的制氫產業極有可能互助互利，即采用可再生能源波動性電能進行電解水，使得儲能成本能夠進一步降低，同時也將間接性問題產生的大量棄電轉化為氫能，實現高效的可再生能源消納。

使用高熱和低熱 　　管狀固體氧化物電解(SOE)技術利用工業過程中的蒸汽分解為氧氣和氫氣，利用工業過程中的熱量降低分解分子所需的能量水平，從而降低制造氫氣或通過分解二氧化碳分子合成氣體的成本。　　管子內外的電極提供分裂分子的能量。陶瓷材料允許氧離子逸出，同時保留氫離子。

在評估電池運行的可靠性和安全性時，電池模塊的用戶將會用到幾個重要的新增功能，其中包括設置熱失控傳播的模型等。COMSOL 電化學技術總監 Henrik Ekstrom 說：“新版本推出了令人興奮的電池包分析接口，這些功能對于研究充放電動態過程和熱管理仿真的電池開發人員來說將非常實用。”

采用二次電池、超級電容器等儲能裝置與燃料電池構建電- 電混合動力，既可減小燃料電池輸出功率變化速率，又可以避免燃料電池載荷的大幅度波動。這樣使燃料電池在相對穩定工況下工作，避免了加載瞬間由于空氣饑餓引起的電壓波動，減緩由于運行過程中的頻繁變載引起的電位掃描導致的催化劑的加速衰減。

1.交通運輸：如上文所述、2.家庭能源：可以結合太陽能板、風力渦輪機等再生能源，供應家庭的電力需求、3.工業應用：可以為工業設備及軍事設施等提供可靠的備用電源，以及使用固體或高溫燃料電池進行熱電聯產。

圖9 利用COMSOL Multiphysics模擬電池中的多尺度問題。 電池中的空間分布和時間演化問題在實驗上往往難以進行準確的表征。

其中，固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）和熔融碳酸鹽燃料電池（ Molten CarbonateFuel Cell, MCFC）是發電領域最具應用前景的燃料電池，也是未來大規模清潔發電站的優選對象。集中式可再生能源發電方案可以將周邊的氫氣運輸到發電站進行發電，并利用現有的電力網絡進行電力輸配。

從電介質材料來看，目前已經在使用或接近商用的固態電池的電解質有聚合物、硫化物和氧化物三種，氧化物固態電池是綜合前景最好的。天風證券在去年8月的一份報告中表示，氧化物電解質的優勢是穩定性好，循環壽命長（可達1000次以上），能量密度較高，倍率性能較好，同時成本較低；主要缺陷是界面接觸問題尚未完美解決。

燃料電池是一種非燃燒過程的電化學能轉換裝置，將氫氣（等燃料）和氧氣的化學能連續不斷地轉換為電能，是發電設備而非儲能設備。根據電解質的不同，分為堿性燃料電池AFC、磷酸燃料電池PAFC、熔融碳酸鹽燃料電池MCFC、固體氧化物燃料電池SOFC、質子交換膜電池PEMFC。

<p>本案例基于COMSOL軟件，建立了可滲透陽極空氣梓呼吸微流體燃料電池，電池由五層結構組成，從上至下分別是：CDL-多孔擴散層、CCL-催化層、MC-電解液燃料混合液主流道、ACL-可滲透陽極和AC-陽極燃料通道，幾何模型如圖1所示。該模型燃料為醋酸鈉（HCOONa）,氧化劑為空氣，電解液為KOH，燃料和電解液濃度均為 5 mL/h。仿真結果如圖2所示。