板式固體氧化物燃料電池的熱應力分析

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）的結構性能，進而提高其可靠性，在對SOFC的內部流動和電化學特性進行數值模擬，對順流和逆流兩種流動情況下板式SOFC內溫度分布、電勢特征和電流密度特征進行分析的基礎上，將數值計算得到的溫度場作為載荷施加到SOFC的熱應力模型中，建立了數值模擬SOFC的有限元熱應力模型，對SOFC關鍵結構中的三合一電極板中的熱應力分布特征進行了分析研究，研究結果表明：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；材料間熱膨脹系數的不匹配導致了熱應力的產生；熱應力的大小與溫度分布和溫度梯度密切相關，由于過大的熱應力可能會導致SOFC結構開裂甚至破壞，該研究工作為SOFC單電池和電池堆的設計優化提供了重要的理論依據。