2。1 模型几何结构 10

2。1。1 阳极 10

2。1。2 阴极 11

2。1。3 电解质 12

2。1。4 连接体 13

2。2 控制方程 14

2。2。1 气体扩散方程 14

2。2。2 导电方程 15

2。2。3 电化学反应方程 15

2。3 结果展示 15

2。3。1 氢气分布 15

2。3。2 氧气分布 16

2。3。3 阳极电势分布 17

2。3。4 阴极电势分布 18

第三章  电池长度对其性能的影响 20

3。1 电池长度对其性能的影响 20

3。2 燃料电池温度对其性能的影响 24

3。3 燃料电池管内径对其性能的影响 25

结论 26

致谢 27

参考文献 28

第一章  绪论

1。1 燃料电池简介

燃料电池是一个生产电能的工厂，将燃料输送进来，将电能输出出去，并不消耗燃料电池，这也是燃料电池相对于普通电池的重要区别。而内燃机与燃料电池的区别在于，内燃机是通过燃烧释放出热量，在很短的反应时间内，氢气分子与氧气分子发生反应，生成物的键和能比最初的氧气与氢气的键和能低，而放出热量，生成的热量必须转化成机械能再转化成电能，过程复杂而且效率较低；而燃料电池是直接从化学反应中得到电能。

通过一个简单的燃料电池模型，说明了电解质的含义，是一种带电原子可以流过而电子不能流过的材料。同时也解释了能量、密度、能量密度和功率密度的含义与之间的区别。

固体氧化物燃料电池由两块多孔电极和介于电极之间的电解质组成，燃料在阳极发生氧化反应，生成电子到外电路，被输送到阴极的氧气接受电子，发生还原反应，产生氧离子，通过电解质传递到阳极。固体氧化物燃料电池的燃料一般是氢气或者是甲烷，氧化剂直接选用空气。如图1-1为燃料电池工作原理示意图。

图1-1 固体氧化物燃料电池工作原理图

燃料电池结合了电池和内燃机的优点且效率和性能高于前两者。燃料电池直接将化学能转化成电能，相比于内燃机没有中间过程，效率比内燃机高。而且，燃料电池结构固定，没有移动部件，运行可靠且寿命较长；燃料电池在功率和容量上可变范围大，能够提供较高的能量密度，这是普通电池不可比的，而且，燃料电池运行不消耗电池本身，只是将燃料转化成能量，普通电池消耗自身，用完后只能直接丢弃，从这一点上来讲，燃料电池具有普通电池没有的的快速性和持久性。

但是，燃料电池也存在着严重的缺点。最主要的缺点就是成本太高，不能够大规模运用，只有在特殊的领域性才与现代常用能源有竞争力。功率密度是另外一个限制燃料电池在生产生活领域中普遍运用的因素。功率密度太低，限制了燃料电池在的应用，比如电子和汽车领域中。而且，燃料电池只有用氢气工作时性能最佳，但是氢气在现实生活中很难得到和存储，而代替氢气的燃料们很难直接利用，这就造成燃料电池在燃料方面适用性很差。燃料电池对工作的环境温度、毒性和启停循环耐久性方面的灵活性很低，这些也是限制燃料电池普遍运用的重要因素。