The invention discloses a solid oxide fuel cell (SOFC) method to calculate the properties of composite electrode, SOFC composite electrode method the object using the random distribution method of spherical particles or scanning electron microscopy methods have irregular morphology. A regular mesh is constructed for the entire reconstruction of the composite electrode with irregular structure, and each grid point is given by comparing the corresponding material properties. The calculated values of these composite electrode lattice information using finite element analysis software of the effective electronic conductivity, ionic conductivity, effective permeability, effective three line length, the pore radius distribution related electrode properties. The purpose of this paper is to study the effect of different microstructures on the properties of composite electrodes by using regular grids with irregular structure characteristic information. Effectively avoid the technical problems caused by the direct network and numerical solution for the irregular structure.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池多种复合电极的性质分析计算领域,具体是一种固体氧化物燃料电池复合电极性质的计算方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)作为一种能量转化设备,以其高效、清洁和燃料形式多样等突出优点备受人们关注。一个典型的SOFC主要由阴极、电解质、阳极及双极板组成。随着复合电极功能、成分和制作工艺的不断发展,简单均相假定的数值模拟已经不能完全满足SOFC复合材料分析和结构设计发展的需要。因为对于不同的复合电极制备方法和制备条件而言,其直接结果是导致了不同的电极微结构形貌,并由此导致不同的电极性能。因此,深入理解具体无规则结构形貌对电极性能的作用机制,是得到优化电极设计的关键因素。近年来,聚焦离子束扫描显微镜(Focused Ion-Beam Scanning Electron Microscopy)以及x射线断层摄影技术(X-Ray Tomography)被用于得到高分辨率的复合电极截面图。通过对截面图中不同材料相灰度的判断,从而实现对微观电极结构的三维重构。通过该方法,我们可较细致准确的得到复合电极内部的形貌特征。但由于高倍放大的原因,该方法只能用于重构出复合电极很小一部分体积内的三维结构。2010年Kee小组基于球形颗粒随机分布的方法构建了LSM/YSZ复合电极微观结构形貌,并尝试采用4面体网格对YSZ颗粒形成的无规则结构形貌直接进行分网。进而在该区域加载电荷守恒方程计算复合电极的有效离子电导率。类似的,Mitra小组也针对由聚焦离子束扫描显微镜得到的复合电极微观结构,通过直接分网的方式求解复合 ...
【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池复合电极性质的计算方法,其特征在于,包括下述步骤:(1)采用球形颗粒随机分布方法或电镜扫描图重构出多组分SOFC复合电极的3维多孔无规则微观结构形貌,并记录每一个颗粒的坐标、半径和材料属性;(2)以LSM/YSZ两元SOFC复合电极为例,根据步骤(1)重构的多孔无规则微观结构的长、宽、高尺寸,构建一个规则的矩阵网格,并通过对照每一个网格点与重构得到的电极结构的对映关系,确定该网格点的材料相属性(x,y,z,电子材料颗粒,离子材料颗粒,气孔);(3)将步骤(2)中网格点的材料相属性(x,y,z,电子材料颗粒,离子材料颗粒,气孔)信息作为输入文件导入有限元软件Comsol Multiphysics,加载离子电荷守恒方程,并在结构两端设置电势边界V1、V2,通过数值求解的方式得到通过横截面的电流I;(4)计算该材料的有效离子电导率为其中,A为该复合电极几何表面积,L为复合电极几何厚度。
【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池复合电极性质的计算方法,其特征在于,包括下述步骤:(1)采用球形颗粒随机分布方法或电镜扫描图重构出多组分SOFC复合电极的3维多孔无规则微观结构形貌,并记录每一个颗粒的坐标、半径和材料属性;(2)以LSM/YSZ两元SOFC复合电极为例,根据步骤(1)重构的多孔无规则微观结构的长、宽、高尺寸,构建一个规则的矩阵网格,并通过对照每一个网格点与重构得到的电极结构的对映关系,确定该网格点的材料相属性(x,y,z,电子材料颗粒,离子材料颗粒,气孔);(3)将步骤(2)中网格点的材料相属性(x,y,z,电子材料颗粒,离子材料颗粒,气孔)信息作为输入文件导入有限元软件Comsol Multiph...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈代芬,徐雨,张强,张顺东,张文轩,
申请(专利权)人:江苏科技大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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