SOFC内部重整反应与电化学反应耦合机理.pdfVIP

第59卷 第4期 化 工 学 报 VoL 59 NO．4 2008年 4月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China) April 2008 SOFC内部重整反应与电化学反应耦合机理 杨国刚 ，吕欣荣 ，岳丹婷 ，袁金良 ( 大连海事大学轮机工程学院，辽宁 大连 116026； 瑞典路德大学能源科学系，路德 22100，瑞典) 摘要：以经过预重整反应的混合气为原料的固体氧化物燃料电池 (SOFC)内部，甲烷蒸气重整反应与电化学反 应同时发生在阳极多孔介质中，二者受到不同的操作与设计参数的影响，对电池总体性能起着决定性作用 编 制了三维数值模拟程序，对由多孔阳极层、气体流动管道、固体支撑平板构成的单个复合管道进行了研究。结 果显示：重整反应主要发生在多孔材料靠近流动管道的薄层内，只有靠近管道人口处才能在较深处进行；电化 学反应发生在多孔层与电解质的交界面处；重整反应生成的 Hz、CO扩散到多孔材料底部参加电化学反应；电 化学反应生成的热量供重整反应使用。说明研究范围内，SOFC阳极复合通道具有较好的传热、传质性能，化学 ／电化学反应存在较好的耦合关系。 关键词：固体氧化物燃料电池；重整反应；电化学反应；数值模拟 中图分类号：TM 911．4 文献标识码：A 文章编号：0438—1157(2008)04—1008—08 Coupling mechanism of internal reforming and electrochemical reaction in SOFC YANG Guogang ，L(J Xinrong ，YUE Danting ，YUAN Jinliang~ ( School ofMarine Engineering，DalianMaritime University，Dalian 116026，Liaoning，China； Department of Energy Sciences，Lund University，Lund 22100，Sweden) Abstract：The overall performance of solid oxide fuel cell(SOFC)is controlled by CH4 steam reforming reactions and CO，H2 electrochemical reactions，which take place in the porous anode simultaneously and are influenced by various operation and design parameters when pre—reformed methane／steam mixture is used．The composite duct consisted of a porous anode layer，fuel gas flow duct and solid plate．A fully three dimensional numerica1．simulation program was developed to analyze the coupling mechanism of reforming and electrochemical reaction．Steam reforming was found mostly at the interface and entrance regions within the porous layer close to the fuel flow duct．Electrochemical reaction occurred on the surface between electrolyte and porous