基于COMSOL的微型直接甲醇燃料电池的数值模拟

直接甲醇燃料电池阴极催化剂关键技术研究进展摘要直接甲醇燃料电池技术是实现清洁能源的一个重要途径，其关键问题之一是阴极催化剂的选择性调控，即提高氧还原活性和抑制甲醇氧化。

综述了近年来直接甲醇燃料电池阴极关键技术的研究进展，从催化剂的组成、制备方法及活性位三个方面进行了综述。

关键词直接甲醇燃料电池氧还原电催化关键技术Advance In key Techniques of Cathodic Catalysts For Direct Methanol Fuel CellAbstract Direct methanol fuel cell is an important route to realize clean energy. The key point is the control of catalyst selectivity, that is to say how to suppress Methanol oxidation and to improve Oxygen reduction activities. This paper reviews the development of key techniques in research on cathodic catalysts for DMFC, namely composition, preparation method and active sites of catalysts.Keywords DMFC; Oxygen reduction; electrocatalysis; key technique0.引言1839年，英国的William Robert Grove发现了用H2和O2为原料，Pt为电极产生电的方法（简称燃料电池）。

1896年，William W. Jacques实现了具有应用能力的燃料电池[1]。

1990年，美国南加州大学同美国宇航局喷气推进实验室联合发展了直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，简称DMFC）[2], 直接以甲醇燃料供给来源，在阳极氧化为二氧化碳和氢，无需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电[3]。

燃料电池的建模仿真虚拟样机是燃料电池的开发研制中不可或缺的重要工具燃料电池的发展创新将如百年前内燃机技术突破取代人力造成工业革命，也像电脑的发明普及取代人力的运算绘图及文书处理的电脑革命，又如网络通讯的发展改变了人们生活习惯的信息革命。

燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。

图1 可拆分燃料电池的模型，可以作为手机电池实现多次充电。

如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第四代发电方式。

燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。

燃料电池具有很多电子产品的优越性能，其中最突出的是高效率和高能量密度。

燃料电池可以将氢、天然气、碳氢化合物中的化学能高效的转化为电能，非常适用于汽车以及固定使用的小规模耗能产品。

燃料电池又因为具有很高的能量密度，使得他比普通电池更适于可携带设备。

在大部分汽车发动机中，汽油将燃烧产生的热能转化为机械能,转化效率受到卡诺循环的限制,普通的汽车的转化效率只有20%左右。

燃料驱动的车辆，燃料中的化学能首先转化为电能，然后通过电动机将电能转化为机械能。

这个过程不可避免的要受到卡诺循环的限制，导致内燃机引擎效率只有20%左右。

而燃料电池理论上转化效率可高达90%左右，要远远高于内燃机引擎的效率。

在实际应用中，这个效率能达到50%。

这意味着使用同样的燃料，燃料电池汽车行驶的距离将是普通汽车的两倍。

二氧化碳的排放量也更低，燃料电池低的运转温度几乎可以消除氮、硫氧化物的产生。

电子工业一直在追求燃料电池的微型化。

Motorola公司发现使用一个燃料元件的燃料电池手机的待机时间是普通电池手机待机时间的五倍。

除了作为手机电池，燃料电池还可以应用于笔记本电脑、MP3、MP4以及其他娱乐设备。

图1中是微型燃料电池手机充电器，电池是通过安醅中的可燃气体驱动，是由纽约Manhattan Scientific公司设计。

基于COMSOL电化学-热耦合模型的动力电池内部温度估算吴沛;姚怡秋;万超一
【期刊名称】《江苏理工学院学报》
【年(卷),期】2022(28)6
【摘要】磷酸铁锂电池因其成本优势而在新能源汽车领域得到广泛应用,但其热安全性仍不完善;因此,研究内部发热情况和预测温度分布非常重要。

基于COMSOL Multiphysics电化学-热耦合模型对电动汽车动力电池的内部温度进行了数值模拟,研究发现:(1)放电倍率越大,电池温度分布不均匀的现象越突出,热点大多出现在正负极耳处,5C放电末期正极耳温度高于平均温度25℃;(2)提高散热系数对最高温度和温差都有显著的抑制效果,强制对流下,放电末期最高温度下降至27.2℃,温差下降至1.8℃,正负极耳由于其高导热系数反而成为冷区;(3)环境温度越低,电池的内阻越大,产热效率越高,相同条件下,环境温度为0℃和40℃时最高温升分别为10.3℃和4.49℃,上升了5.81℃;(4)用最小二乘法分别拟合了平均温度关于倍率、散热系数和环境温度的公式,实现了电池内部温度估算,为优化冷却系统设计奠定了基础。

【总页数】10页(P47-56)
【作者】吴沛;姚怡秋;万超一
【作者单位】江苏理工学院机械工程学院;江苏理工学院汽车与交通工程学院【正文语种】中文
【中图分类】O46
【相关文献】
1.基于COMSOL的热—流—变形耦合模型在稠油热采中的研究
2.基于迟滞耦合模型动力电池SOC的LPV估算方法
3.基于电化学热耦合模型的锂离子动力电池极化特性
4.基于迟滞耦合模型动力电池SOC的LPV估算方法
5.基于电化学-热耦合模型的动力电池组一致性研究
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实验五直接甲醇燃料电池一、实验目的1.掌握燃料电池的基本构造。

2.通过模型演示，了解燃料电池的工作原理。

二、实验原理本实验采用一个简易的模型装置（图1），用一个燃料电池与一个功率很小的风扇连接，燃料电池采用的是直接甲醇燃料电池。

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）属于质子交换膜燃料电池（PEMFC）中之一类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。

相较于质子交换膜燃料电池（PEMFC），直接甲醇燃料电池（DMFC）具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。

图1 模型装置示意图直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。

甲醇在阳极转换成二氧化碳，质子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧反应，电子通过外电路到达阴极。

在碱性条件下：正极：3O2 + 12e– + 6H20 → 12OH–负极：2CH4O- 12e– + 12OH-→ 2CO2 + 10H2O总反应式：2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O在酸性条件下：正极：3O2 + 12e– + 12H+→ 6H2O负极：2CH4O -12e– + 2H2O → 12H+ + 2CO2总反应式：2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O这种电池的期望工作温度为120℃以下，比标准的质子交换膜燃料电池略高，其效率大约是40%左右。

直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。

甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，氢然后再与氧反应。

三、实验过程（1）连接好简易模型的线路，保证线路连接完整。

（2）配置3%的甲醇溶液。

（3）将配好的3%的甲醇溶液加入燃料电池一端，注满。

观察现象。

四、实验结果分析通过本次实验对燃料电池的基本原理有了更深一步更形象的直观了解。

第６０卷　第２期２０２４年３月石　油　化　工　自　动　化ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＩＮＰＥＴＲＯ ＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹＶｏｌ．６０，Ｎｏ．２Ｍａｒ，２０２４稿件收到日期：２０２３１１２３，修改稿收到日期：２０２３１２１５。

作者简介：冯志强（１９８２—），２００８年毕业于河北农业大学测控技术与仪器专业，获学士学位，现就职于曹妃甸新天液化天然气有限公司，从事新能源技术研究，任高级工程师。

通讯作者简介：谈怡君（１９７５—），１９９８年毕业于武汉大学高电压及绝缘技术专业，获学士学位，现就职于南京工业大学，从事新能源技术研究，任工程师。

基于ＣＯＭＳＯＬ的ＬＮＧ储罐温度场数值模拟研究冯志强１，谈怡君２（１．曹妃甸新天液化天然气有限公司，河北唐山０６３２００；２．南京工业大学，江苏南京２１１８１６）摘要：ＬＮＧ储罐内的温度场分布对储罐的结构和性能有很大的影响。

以国内某大型ＬＮＧ储罐为研究对象，结合ＬＮＧ储罐结构与材料成分，运用ＣＯＭＳＯＬ多物理场软件建立了ＬＮＧ储罐的罐顶、罐壁、罐底三个部位温度场模型并对三个部位的温度场模型开展了仿真模拟；在该基础上研究了环境温度对ＬＮＧ储罐各个部位温度的影响。

研究结果表明：罐底的保冷性能最差，罐壁对环境温度最敏感。

该研究结果为相关工程实践提供了指导，为ＬＮＧ储存和运输提供了技术支撑。

关键词：数值模拟；温度场；ＬＮＧ储罐；工艺参数中图分类号：ＴＥ８２１ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００７７３２４（２０２４）０２００２５０５犖狌犿犲狉犻犮犪犾犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀犛狋狌犱狔狅犳犔犖犌犛狋狅狉犪犵犲犜犪狀犽犜犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犉犻犲犾犱犞犪犾狌犲犅犪狊犲犱狅狀犆犗犕犛犗犔ＦｅｎｇＺｈｉｑｉａｎｇ１，ＴａｎＹｉｊｕｎ２（１．ＣａｏｆｅｉｄｉａｎＸｉｎｔｉａｎＬｉｑｕｅｆｉｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｔａｎｇｓｈａｎ，０６３２００，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１１８１６，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋狊：ＴｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｌａｙｏｕｔｉｎｓｉｄｅＬＮＧｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｔａｎｋ．ＴａｋｉｎｇａｌａｒｇｅＬＮＧｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｉｎＣｈｉｎａａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＬＮＧｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｓ，ａｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｔｏｐ，ｗａｌｌ，ａｎｄｂｏｔｔｏｍｏｆＬＮＧｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｓｉｎｇＣＯＭＳＯＬｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓｆｉｅｌｄｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｆｏｌｌｏｗｅｄ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｐａｒｔｓｏｆＬＮＧｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｃｏｌｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｔａｎｋｂｏｔｔｏｍｉｓｔｈｅｗｏｒｓｔ，ｔｈｅｔａｎｋｗａｌｌｉｓｍｏｓｔｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｒｅｌｅｖａｎｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒＬＮＧｓｔｏｒａｇｅａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ；ＬＮＧｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ；ｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒ 随着全球经济的快速发展和人口的持续增加，石油、煤炭等资源的消耗日益增加，给人们提供了方便的同时，也带来了严重的环境污染；人类逐渐对清洁能源产生重视，天然气以其效率高、污染小、储量大等优点而被广泛应用于家庭和工业生产中［１］。

广东化工2022年第10期· 170 · 第49卷总第468期COMSOL Multiphysics软件模拟在解决化工原理管路操作调节问题中的应用曹帆，戴桂林，熊碧权*，许卫凤，黄燕(湖南理工学院化学化工学院，湖南岳阳414006)[摘要]管路操作与调节作为化工原理流体流动中的重要问题之一，其影响因素多且相互之间的关系较为复杂。

给课程教学和学生学习带来了很大困难。

本文以简单管路与分支管路为例，借助COMSOL Multiphysics数值仿真软件中的管道流模块建立了管路模型及其数值求解，深入探究了不同阀门开度时管路内流体的压力与流量分布规律。

增加了教学过程的直观性与可视性，强化了学生对流体流动基本原理的理解和应用，激发了学生学习兴趣，进一步培养了学生解决复杂化工工程问题的能力。

[关键词]COMSOL Multiphysics；化工原理；流体流动；简单管路与分支管路；压力和流量[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2022)10-0170-04Application of COMSOL Multiphysics Software Simulation inSolving the Problems of Operation and Regulation of Pipes ofPrinciples of Chemical EngineeringCao Fan, Dai Guilin, Xiong Biquan*, Xu Weifeng, Huang Yan(Department of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)Abstract: As one of crucial issues in fluid flow of principles of chemical engineering, there are various influence factors affecting the operation and regulation of pipes, which show the complex interrelationship and bring great difficulties to course teaching and student’s learning. This article takes simple and branched pipes as examples, and pipe models are established to obtain related numerical solutions based on pipe flow module of COMSOL Multiphysics numerical simulation software. Pressure and flow rate distributions in a circular pipe under different valve opening conditions are investigated deeply. The intuitiveness and visibility of teaching program can be increased and student’s understanding and application of the principles of fluid flow can be enhanced. Moreover, it stimulates students' learning interest and further cultivates students' ability to solve complex chemical engineering problems.Keywords: COMSOL Multiphysics；principles of chemical engineering；fluid flow；simple and branched pipes；pressure and flow rate1 引言《化工原理》属于化学工程技术科学学科，是化学工程与工艺及相近专业培养体系中非常重要的一门技术基础课，起着从基础课程向专业课程过渡的“桥梁”作用。

直接甲醇燃料电池运行参数和甲醇渗透研究甲醇浓度过高是造成直接甲醇燃料电池发生甲醇渗透的主要原因，其中文献[1]指出在95℃下的甲醇极限浓度为2.5mol/L，超过之后容易发生甲醇渗透。

文献[2]给出的甲醇燃料电池工作条件为甲醇浓度0.5~2.5mol/L，甲醇流量0.5~5mL/min，温度40℃。

文献[3]的电池运行参数条件为甲醇浓度2mol/L，电池温度80℃，甲醇流量17mL/min，氧气流量30mL/min，最大功率17mW/cm2。

文献[4]的运行条件为甲醇浓度0.5~1mol/L，温度80~100℃，甲醇流量1~2mL/min，阳极压力为0.1MPa，阴极空气压力为0.2MPa。

文献[5]研究的最佳工作条件为甲醇浓度2mol/L，阴极气体压力为0.5MPa，阳极压力为0.2~0.3MPa，阴极气体使用空气和氧气时分别能达到功率110mW/cm2和160mW/cm2，工作温度在95~100℃。

文献[6]运行条件为甲醇浓度2mol/L，电池温度80℃，甲醇流量3mL/min，氧气压力为0.1MPa，最大功率46mW/cm2。

文献[7]的电池运行条件为1mol/L甲醇，温度60℃，甲醇流量2.5mL/min，氧气流量100mL/min，氧气压力为0.1MPa。

文献[8]运行条件为1mol/L甲醇，电池温度80℃，功率0.2mW/cm2, 在113℃时能达到184mW/cm2。

文献[9]运行条件为1mol/L甲醇，电池温度100℃，氧气压力为0.1~0.2MPa。

文献[10]运行条件为0.5~2mol/L甲醇，电池温度90℃，甲醇流量0.83mL/min，氧气流量1.36mL/min，氧气压力为0.2MPa。

文献[11] 确定了在55℃下的工艺参数为：甲醇浓度1.5 mol/L，甲醇流量为1.5mL /min，氧气压力在0.3MPa，氧气流量在800 mL/min。

文献[12,13]研究的工艺参数为：电池温度80℃，甲醇浓度1mol/L，甲醇流量为40mL /min，氧气压力在0.1 MPa，氧气流量在1000 mL/min。

基于Comsol的锂电池模组热失控仿真研究
程露;柳亮;叶国骏;唐琼
【期刊名称】《武汉工程职业技术学院学报》
【年(卷),期】2024(36)1
【摘要】随着越来越多纯电动车安全事故的发生,锂电池的热安全性引起越来越多的关注。

论文基于Comsol软件,对锂电池包建立集总模型,用外部试验测得的参数模拟内部电芯的电化学特性,研究电池包内部某一电芯热失控状态下,电池包其他电芯热失控状态以及整个电池包热失控蔓延的过程。

电池SOC即荷电状态,用来反映电池的剩余容量,研究发现SOC越大,热失控蔓延的现象越严重。

集总模型建模仿真结果显示SOC越小,电压下降的趋势也越明显。

【总页数】4页(P1-4)
【作者】程露;柳亮;叶国骏;唐琼
【作者单位】武汉交通职业学院;东风汽车公司技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】U462.2
【相关文献】
1.模组箱体空间内磷酸铁锂电池热失控及其传播行为研究
2.基于气压信号突变探测的液冷型磷酸铁锂电池模组热失控预警研究
3.基于Comsol锂离子模组热失控及散热模型仿真
4.气凝胶毡抑制磷酸铁锂电池模组热失控蔓延特性研究
5.基于COMSOL的锂离子电池热失控仿真研究
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直接甲醇燃料电池（理学院，材料科学与工程系，材料科学与工程专业余志勇）（学号：2000143001）内容提要：制备了一只面积为3×3cm2的直接甲醇燃料电池，优化了有关制备工艺，测定了在不同放电电流、不同甲醇浓度和不同有机物作燃料时的放电性能。

结果发现，制备过程中电极干燥处理和MEA热复合时温度对电池的性能有至关重要的影响。

同时还发现，低电流放电时，提高甲醇浓度，工作电压下降；在以1mol/L甲醇溶液为燃料时，放电电流为50mA时，电池输出功率达到最大。

在室温低电流密度下，不同物质的水溶液作燃料时，工作电压存在下列次序：异丙醇>甲酸>甲醛>甲醇。

关键词：直接甲醇燃料电池；质子交换膜燃料电池；电催化剂教师点评：论文制备了一只小面积单体直接甲醇燃料电池，在室温下的工作性能很好，说明作者掌握了直接甲醇燃料电池制备过程中的几个关键点，对制备工艺有较好的理解。

对电池电学性能的分析也较深入合理。

论文条理清晰，结论可靠。

（点评教师：朱光明，副教授）第一章绪论1.1 燃料电池概述1.1.1 燃料电池历史、现状与未来燃料电池是继水力、火力和核能发电之后的第四类发电技术。

它以电化学反应的方式将燃料不经过燃烧直接由化学能转变为电能。

与一般电池不同，燃料电池所用的燃料和氧化剂并不是贮存在电池内，而是贮存在电池外。

在这一点上，它又与内燃机相似。

因此，燃料电池又被形象的称为“电化学发电机”[1]。

燃料电池具有能量转化效率高；环境污染少，无噪声，操作简便，建设周期短等优点。

其使用灵活性很大，既可大功率集中供电，也可以小功率分散或移动供电。

自本世纪60年代起，燃料电池引起了各国科学家的广泛注意[2]。

随着其本身技术的发展，以及近年来世界范围内的能源危机和环境污染等问题日益严重，燃料电池的研究受到普遍的关注。

美国、加拿大、德国、日本和俄罗斯等经济或科技大国已将燃料电池的开发列为国家发展的一个重要战略目标。

COMSOLMultiphysics电池与燃料电池模块介绍
COMSOL Multiphysics 电池与燃料电池模块介绍
电池与燃料电池模块专为进⾏各种电池与燃料电池问题的模拟⽽设计。

模块中设置了专门⽤于研究电化学电池中的第⼀、第⼆、第三电流密度分布等的功能。

电池可由固体或多孔材料电极以及任意浓度的电解液组成。

此外，还可以利⽤COMSOL的多物理分析能⼒，将热传、流体流动、电化学反应等多物理耦合进来。

应⽤领域：
碱性燃料电池
盐熔碳酸盐燃料电池
直接甲醇燃料电池
质⼦交换膜燃料电池
固体氧化物燃料电池
锂离⼦电池
镍氢电池
铅酸蓄电池。

摘要燃料电池是一种实用的环保、高效的清洁可再生能源，可以预见在未来的新能源革命中会占有一席之地。

而固体氧化物燃料电池（SOFC）不仅具有普通燃料电池的优点，还有燃料来源广、余热再利用等特点。

然而SOFC工作在封闭高温的环境内，实验方法所需时间长，设备昂贵，还受实验条件本身的限制。

数值模拟方法比起实验方法可以计算得到无法测量的结果，并且消耗时间短和资金成本低。

本文主要研究的是平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池，通过热量传输、物质传输、动量传输模型，结合燃料电池的电化学反应方程，在多物理场耦合软件COMSOL里面搭建了单电池的三维稳态模型。

运用这个模型，我们可以得到SOFC 在不同配置和工作状态下的速度、温度、浓度、电流密度等分布图,并且还可以改变一定的变量和相关的边界条件来检测这些改动对SOFC的影响。

因此这个仿真模型可以通过预测不同参数对SOFC性能的影响从而来优化设计SOFC。

本文在成功完成平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池建模工作后，进一步深入讨论优化SOFC电池片的方法，本文通过改变某些参数来实现，一种是改变物性参数和几何外形，比如阳极支撑体的厚度和多孔介质的孔隙率等，另一种是改变工作条件，比如电池内部温度，工作电压，热辐射影响，流场方式等，最后通过一系列不同边界条件和参数下数值模拟结果的对比，得到了一些关于SOFC优化设计的建设性意见。

数值模拟方法可以用来研究SOFC在不同工作条件下的性能，并且为SOFC的工作控制策略和选材结构设计提供科学依据。

关键词：固体氧化物燃料电池COMSOL 数值模拟ABSTRACTFuel cell is a practical, environmentally friendly and efficient clean and renewable energy source. It can be expected to take a place in the new energy revolution in the future. Solid oxide fuel cell (SOFC) not only has the advantages of common fuel cells, but also has many other advantages, such as wide fuel sources and waste heat utilization. However, SOFC works in a closed, high temperature environment. The experimental method needs long time, high cost and is limited by the experimental conditions. Compared with the experimental method, the numerical simulation can calculate the results which are unable to be measured with short time and low cost.This paper studies planar anode supported solid oxide fuel cell, the heat transfer and mass transfer, momentum transfer model, the electrochemical reaction equation with a fuel cell, build the three-dimensional steady-state model of single cell in multiphysics coupling software COMSOL. By these models, we can get velocity, temperature, concentration, current density distribution of SOFC in different configuration and working conditions, and we also can change some variables and the related boundary conditions to detect the predict of these changes on SOFC. Therefore, the simulation model can optimize the design of SOFC by predicting the influence of different parameters on the performance of SOFC. This paper has completed the modeling work of planar anode supported solid oxide fuel cell and further discussion of the optimization method of SOFC cell is given, such as the anode support thickness and porosity of porous media, the other one is to change working conditions, such as temperature, battery voltage, thermal radiation effects, flow mode, finally by comparing the numerical simulation results of a series of different boundary conditions and parameters, received some constructive opinions of SOFC optimization design.The numerical simulation method can be used to study the performance of SOFC under different working conditions, and provide a scientific basis for the work control strategy and structure design of SOFC.Key words：Solid Oxide Fuel Cell COMSOL Numerical Simulation目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论1.1研究背景与意义 (1)1.2国内外研究概况 (8)1.3论文的主要研究内容 (12)2 SOFC数值模拟的基本原理2.1固体氧化物燃料电池的模拟工具 (13)2.2COMSOL软件介绍 (14)2.3SOFC建模数学方程 (17)2.4本章小结 (23)3 平板式阳极支撑体SOFC的数值模拟过程3.1SOFC数值模拟步骤 (24)3.2SOFC数值模拟结果及其分析 (31)3.3本章小结 (37)4 SOFC数值模拟优化4.1工作温度对SOFC的性能影响 (39)4.2热辐射对SOFC的性能影响 (40)4.3不同流场方式对SOFC的性能影响 (42)4.4阳极支撑体与SOFC的性能之间的关系 (47)4.5本章小结 (49)5 总结与展望5.1全文总结 (51)5.2课题展望 (52)致谢 (53)参考文献 (54)附录攻读硕士学位期间的科研成果 (59)1 绪论1.1 研究背景与意义电能产业是国家工业化的支柱产业，是实现中国社会现代化的不可或缺的部分。

利用COMSOL对气体扩散层及燃料电池进行仿真模拟的研究
进展
李重超;赵浩轩;黄依可;黄良宇;郭大亮
【期刊名称】《中国造纸》
【年(卷),期】2024(43)2
【摘要】本文综述了利用COMSOL软件进行质子交换膜燃料电池相关结构仿真模拟的研究进展,分析基材层(碳纸层)和整个气体扩散层特性(几何参数、孔隙率等)及操作条件(压力等)对电池性能的影响,并且回顾了利用COMSOL仿真模拟在燃料电池运行条件(温度、电压等)、水管理、电池流场结构设计及性能优劣评估等方面的研究,以期为气体扩散层的结构设计和电池的性能优化提供参考。

【总页数】12页(P100-111)
【作者】李重超;赵浩轩;黄依可;黄良宇;郭大亮
【作者单位】浙江科技大学环境与资源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TS7
【相关文献】
1.H2/空气质子交换膜燃料电池气体扩散层表面水滴行为的rVOF模拟研究
2.基于COMSOL的质子交换膜燃料电池梯度扩散层的数值模拟
3.一种新型流道对燃料电池气体扩散层除水性能的模拟研究
4.质子交换膜燃料电池气体扩散层制备过程材料表征和孔尺度模拟计算
5.燃料电池气体扩散层中微孔层用炭材料研究进展
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蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟陈士忠;夏忠贤;王艺澄;张旭阳;吴玉厚【摘要】In order to study the output performance of the PEMFC with serpentine flow field,the influence factors of its performance were analyzed,and then ways and means were looked for to improve its performance.Based on the multi-physics field direct coupling analysis software COMSOL Multiphysics,a complete 3D whole flow field steady model of PEMFC was established,which included anode and cathode flow field,gas diffusion layer,catalyst layer and proton exchange membrane.By using the model,PEMFCs with serpentine flow field were simulated and analyzed in COMSOL.The simulation results show that when the working voltage is 0.7 V,the influence of flow pattern and membrane conductivity on the output performance of the PEMFCs.The analysis indicate that the performance of three-channel serpentine flow field is superior to the single serpentine flow field.With the increasing of membrane conductivity,the mass transfer in membrane could be improved,then the resistance loss was reduced in the process of mass transfer,and the performance of the fuel cells was improved.It had an important guiding significance for improving the overall performance of PEMFCs.%为了研究蛇形流场质子交换膜燃料电池(PEMFC)的输出性能,分析其性能的影响因素,寻找改善其性能的方法和途径.基于多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,建立了包括阴阳极流道、扩散层、催化层及质子交换膜在内的完整的PEM燃料电池三维全流场稳态模型,在COMSOL中利用该模型对蛇形流场PEMFC进行了数值模拟和分析.模拟结果得出了在工作电压为0.7V的条件下,蛇形流场的流型以及质子交换膜的电导率对PEMFC输出性能的影响.分析表明三蛇形流场的性能优于单蛇形流场;随着质子交换膜电导率的增大,膜内传质得以改善,可以降低传质过程中的电阻损耗,提高燃料电池的性能.模拟结果对于改善PEMFC整体性能有着重要的指导意义.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2017(041)002【总页数】4页(P230-233)【关键词】燃料电池;COMSOL;数值模拟;蛇形流场;质子交换膜;电导率【作者】陈士忠;夏忠贤;王艺澄;张旭阳;吴玉厚【作者单位】沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳110168;迈阿密大学工程学院,佛罗里达州迈阿密33101;沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳110168【正文语种】中文【中图分类】TM911.4燃料电池是一种将储存于燃料和氧化剂中的化学能不经过燃烧直接转化为电能的发电装置，是氢经济中的关键环节。

Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2016, 6(3), 33-42Published Online May 2016 in Hans. /journal/hjcet/10.12677/hjcet.2016.63005Application Research of ComsolMultiphysics on Corrosion ProtectionQiong Feng, Yaping Zhang*, Hao Yu, Lianqing Yu, Xianghong YanCollege of Science, China University of Petroleum (East China), Qingdao ShandongReceived: Apr. 28th, 2016; accepted: May 21st, 2016; published: May 24th, 2016Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractComsol Multiphysics is a multi-functional and practical simulation software which can provide services for science researchers and engineers from many kinds of fields. Many corrosion re-searchers apply Comsol Multiphysics into numerical calculations of physical and chemical changes on metal surface under the measures of corrosion protection, and then restore internal corrosion mechanism from microscopic scale, so as to evaluate the performances of protective measures from macroscopic scale. This paper introduces the current application of Comsol Multiphysics about the corrosion protection methods in recent years, summarizes the situation of usage in ca-thode protection, electroplating protection and other types of protection, expounds the key role it plays in corrosion protection research, and puts forward prospects to its future application in the study of corrosion.KeywordsComsol Multiphysics, Corrosion Protection, ApplicationComsol Multiphysics软件在腐蚀防护中的应用研究封琼，张亚萍*，余豪，于濂清，闫向宏中国石油大学(华东)理学院，山东青岛*通讯作者。