[发明专利]固体氧化物燃料电池阴极接触电阻数值模拟方法

说明书

本发明公开一种固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极接触电阻的数值模拟方法，首先根据W‑M分形理论建立阴极接触层和连接体粗糙面模型，然后以阴极接触层和连接体粗糙面为顶面，构建阴极接触层和连接体实体结构，结合有限元方法建立阴极接触电阻热力电耦合模型，根据SOFC阴极接触层与连接体的实际工况求解阴极接触电阻。本发明为高温工作环境下SOFC阴极接触电阻的研究提供了一种简单、快捷、可靠的新方法。

技术领域

本发明属于新能源技术，具体涉及一种固体氧化物燃料电池阴极接触电阻数值模拟方法。

背景技术

在当前能源紧缺的时代，燃料电池被认为是高效率发电设备的选择之一，在各种类型的燃料电池中，SOFC因为其不需要贵金属催化剂、燃料灵活被认为是一种很有发展前景的发电方式。但是，由于种种原因，SOFC的实际性能始终差强人意，其中一个原因在于SOFC阴极与连接体之间的接触问题。为了改善阴极与连接体的接触，研究人员在阴极测涂一层阴极接触层，以此来改善阴极与连接体之间的接触。目前针对阴极接触层与连接体之间的接触主要研究是实验研究，但实验只能研究有限的粗糙面和阴极接触材料，无法对SOFC阴极接触层与连接体接触情况进行系统地研究。

文献“Dey T,Singdeo D,Bose M,et al.Study of contact resistance at theelectrode–interconnect interfaces in planar type Solid Oxide Fuel Cells[J].Journal of Power Sources,2013,233:290-298.”给出了测量阴极和连接体之间接触电阻的装置，通过施加重物载荷来增加SOFC阴极与连接体之间的增加面积，从而降低两者之间的接触电阻，增大SOFC的输出功率。该方法从实际情况考虑，准确得到了阴极与连接体之间的接触电阻，但是该方法并不适合系统地对接触电阻进行研究，只能针对一种或几种接触材料进行研究，而且该方法繁琐、成本高、周期长。如果能够建立阴极接触电阻的有限元模型，既可以系统研究不同接触材料、不同温度、不同压力、不同表面粗糙度时阴极接触电阻，进而探索影响阴极接触电阻的关键因素及其对阴极接触电阻的影响规律。

上述现有的阴极接触电阻数值模拟方法不仅繁琐、成本高、周期长，而且能够研究的情况有限的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种固体氧化物燃料电池阴极接触电阻数值模拟方法。

技术方案：本发明的一种固体氧化物燃料电池阴极接触电阻数值模拟方法，包括如下步骤：

(1)、根据W-M分析理论模拟和重构具有分形特性的粗糙表面，形成的该粗糙表面连续且不可微，具有自相似性；W-M分形函数是用于表示随机轮廓的一种典型函数；

(2)、步骤(1)W-M函数得到的粗糙的表面形貌具有不规则性，若直接进行网格划分和有限元计算，需要增加网格数量导致运算量的增加，而且尖锐的接触表面很容易导致接触分析不收敛，影响运算结果，因此不能直接用于有限元的模拟计算，而是需对该粗糙表面进行光滑处理：利用matlab的插值处理，将分形粗糙表面拟合为光滑表面形貌，且得到的相对光滑的粗糙表面并没有改变原来形貌的凹凸程度趋势；

(3)、导出步骤(2)拟合过后的粗糙面的各点坐标数据，利用绘图软件(例如SolidWorks)重构粗糙面，构建含有粗糙面的三维实体；(步骤(1)得到的表面如图1所示，是三维数据图，无法进行实体模拟计算，而步骤(3)所得表面是实体粗糙面)

(4)、构建含有粗糙面的3D实体模型(例如，利用SolidWorks软件进行构建)，在绘图软件中加厚步骤3的粗糙表面，使其成为具有一定厚度的实体结构；

(5)、对构建的3D实体模型进行网格划分；