气流模式与气流速度耦合作用下固态氧化物燃料电池的电化学性能

在全球能源格局深刻调整和环境问题日益严峻的双重背景下，固态氧化物燃料电池（SOFC）因其众多优异特性，成为研究高效清洁能源转换技术的焦点。固态氧化物燃料电池的电化学性能受到气流模式（直流、逆流、横流）、流量（阴极和阳极通道气体）以及工作电压等多种因素的影响。准确分析电化学指标随各因素变化规律，是提出高效反应设计方案的基础。因此，本研究建立了SOFC的三维多场耦合模型，并设置覆盖电化学、气流、物质扩散等的模型参数和边界条件，研究因素之间耦合对电池电化学性能的影响。结果表明，随着工作电压的降低，电池的电化学反应速率显著增加，气体摩尔分数梯度增大，电解质电流密度分布的非均匀性加强。在低电压工作条件下，横流气流模式表现出更佳的电化学性能优势，其功率密度轮廓在不同电流密度区间均处于领先位置。随着流道气体流量的增加，电池输出功率密度曲线整体呈上升趋势，但由于阴极反应饱和，流量增加对功率密度提升的驱动作用逐渐减弱。本研究揭示了气流模式、流量和电压之间耦合对SOFC电化学性能影响机制，为固态氧化物燃料电池的商业应用提供了指导。