基于相场法的SOFC电极微观结构的力学模型模拟分析方法技术

本发明专利技术提供了一种基于相场法的SOFC电极微观结构的力学模型模拟分析方法，属于固体氧化物燃料电池新能源技术领域，包括获取固体燃料电池微观结构模型的初始晶相；向固体燃料电池微观结构模型施加气体浓度边界条件，获取初始晶相的自变量；建立自由能与序参量耦合方程，并采用保守场和非保守场相结合的方法，分别建立浓度扩散与相变控制方程、金属烧结与体积控制控制方程；对上述控制方程进行无量纲化，并迭代求解，得到固体燃料电池微观结构内部的应力应变结果；根据应力应变结果，对电极材料进行机械失效概率估算及分析。本发明专利技术通过材料中应力应变分布对YSZ结构的稳定性进行评估及分析，实现了氧化还原过程中的SOFC阳极微结构的演化模拟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体氧化物燃料电池新能源，特别是涉及一种基于相场法的sofc电极微观结构的力学模型模拟分析方法。

技术介绍

1、高温固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，sofc）作为一种高性能的能源转换系统近年来备受学术界瞩目。sofc阳极内部首次还原形成的初始微结构对电池性能有着至关重要的影响。在sofc运行过程中，不可控的系统关闭、组件故障以及不慎进入的空气会导致镍的再氧化。再氧化造成的体积剧增会引发不可控的应力效应，甚至造成材料机械损伤，进而导致sofc性能的逐渐下降或突然失效。为了解决帮助提高sofc的性能稳定性与寿命，了解sofc电极阳极内氧化还原过程中的应力分布是非常重要的。

2、sofc的电解质通常由具有高离子导电性的氧化钇稳定的氧化锆（yttriastabilized zirconia，ysz）制成。高温运行下的sofc阳极最常见的的材料为易于制造并且具有高性能的基于镍-ysz（ni-ysz）的金属陶瓷多孔复合材料。其中ni相为良电子导体，同时也是电化学反应的催化剂。然而，由于ysz与ni的热膨胀系数有本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于相场法的SOFC电极微观结构的力学模型模拟分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于相场法的SOFC电极微观结构的力学模型模拟分析方法，其特征在于，所述获取固体燃料电池微观结构模型的初始晶相，包括：向MATLAB软件中导入固体燃料电池阳极微观结构三相，所述三相包括YSZ、Ni/NiO和气体，并通过MATLAB软件对固体相进行晶粒生成，获得初始晶相。

3.根据权利要求1所述的一种基于相场法的SOFC电极微观结构的力学模型模拟分析方法，其特征在于，所述向固体燃料电池微观结构模型施加气体浓度边界条件，获取初始晶相的自变量，包括：根...

【技术特征摘要】

1.一种基于相场法的sofc电极微观结构的力学模型模拟分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于相场法的sofc电极微观结构的力学模型模拟分析方法，其特征在于，所述获取固体燃料电池微观结构模型的初始晶相，包括：向matlab软件中导入固体燃料电池阳极微观结构三相，所述三相包括ysz、ni/nio和气体，并通过matlab软件对固体相进行晶粒生成，获得初始晶相。

3.根据权利要求1所述的一种基于相场法的sofc电极微观结构的力学模型模拟分析方法，其特征在于，所述向固体燃料电池微观结构模型施加气体浓度边界条件，获取初始晶相的自变量，包括：根据导入matlab软件中的固体燃料电池阳极微观结构三相，得到相应的ni/o原子浓度，并根据固体燃料电池阳极微观结构三相的导入环境，施加气体浓度边界条件，获取初始晶相的自变量。

4.根据权利要求3所述的一种基于相场法的sofc电极微观结构的力学模型模拟分析方法，其特征在于，基于所述初始晶相的自变量，建立自由能与序参量耦合方程，包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于相场法的sofc电极微观结构的力学...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦震钧，杨文悦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：