板式固体氧化物燃料电池的热应力分析

樊鹏飞　张兄文　李国君　刘倩

摘要：为了深入掌握固体氧化物燃料电池（SOFC）的结构性能，进而提高其可靠性，在对SOFC的内部流动和电化学特性进行数值模拟，对顺流和逆流两种流动情况下板式SOFC内温度分布、电势特征和电流密度特征进行分析的基础上，将数值计算得到的温度场作为载荷施加到SOFC的热应力模型中，建立了数值模拟SOFC的有限元热应力模型，对SOFC关键结构中的三合一电极板中的热应力分布特征进行了分析研究，研究结果表明：相对于顺流形式，逆流形式燃料入口附近的温度梯度要大得多；材料间热膨胀系数的不匹配导致了热应力的产生；热应力的大小与温度分布和温度梯度密切相关，由于过大的热应力可能会导致SOFC结构开裂甚至破坏，该研究工作为SOFC单电池和电池堆的设计优化提供了重要的理论依据。