摘 要 三合一电极PEN（Positive electrolyte negative plate）是固体氧化物燃料电池SOFC (solid oxide fuel cell)的重要组成部分，其参数的变化对电池性能的影响至关重要。为此，本文根据SOFC的工作原理，建立了单电池SOFC数学模型，采用计算流体力学有限元软件对此模型进行数值仿真，分析比较了不同电极参数对电池性能的影响。结果表明，增大孔隙率或减小曲折因子都可以提高电池输出功率和燃料利用率。并与相关研究者的结果进行对比，有较好的吻合度，为提高SOFC性能的进一步研究提供理论基础和参考。
关键词 : SOFC；数值模拟；电极参数；孔隙率；曲折因子
引言
进入21世纪，由于能源危机以及世界各国环境保护的需要，寻找化石能源的替代能源，实现能源的可持续发展已成为人们的研究重点。燃料电池由于其清洁、高效、安静、可靠性高等优点，逐渐为各国研究者青睐。其中，SOFC与其他燃料电池相比，具有体积紧凑、能量转换效率高、燃料适应性广等优点，是21世纪最具发展前景的新能源技术之一[1]。然而，如何提高SOFC输出性能是促进其实用化的关键问题之一。
近年来，各国研究者对SOFC进行了广泛深入的研究，Yakabe等人建立了阳极支撑SOFC的数值模型并进行了相应的研究分析[2]；Valery A.Danilov等人提出了通过设计合理的阳极流道来改善固体氧化物燃料电池性能[3]；Zhang Z等人基于多流道单电池模型进行数值模拟研究，从温度、电流、电势分布等各个方面讨论了电池性能表现 [4]。但均未考虑电极参数的耦合对电池性能的影响。目前关于电极参数对电池性能影响的研究较少，尤其是电极曲折因子对电池性能影响的研究尚未查阅到。
然而，电极参数恰恰是影响气体组分传输，电化学反应最关键的的参数之一，同时也是电极制备过程中的重要指标之一。为此，本文建立了平板式阳极支撑SOFC单电池模型，分析了电极参数包括孔隙率与曲折因子的耦合对固体氧化物燃料电池性能的影响。以期为进一步提高SOFC性能的研究提供理论参考。
作者：蔡熊峰