固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种很有应用前景的能量转换装置,它具有高能量转换效率和灵活的燃料选择性,得到了各国的普遍重视。工程仿真建模是固体氧化物燃料电池技术发展的重要工具之一。通过数值模型可以高效节约的研究不同变量参数对燃料电池性能的影响,也可用于预测变量参数变化的影响,这对我们利用变化参数的影响信息来优化电池性能有着重要意义。SOFC有着许多不同的结构设计,其中锥管式SOFC是一种改进的管式SOFC设计,它结构轻巧紧凑,可以根据需求进行串联堆叠,从而输出均衡的电压和电流。为了研究锥管式SOFC的工作细节,我们做了以下工作:1、根据实验参数建立锥管式SOFC多物理场的耦合模型,计算其V-I曲线,并和实验结果对比,良好的匹配性说明了所建模型的准确性,可以用于准确描述锥管式SOFC的工作过程及细节。2、通过数值模型的计算具体展示了单体锥管式SOFC工作时电极内物质分布和电流密度分布特性。电极内的物质反应集中在有效工作区域,阳极内H₂和H₂O有相反的分布特征,阴极内O₂的分布集中在有效工作区域。电子电流密度主要集中在小面积阴极区域,超出部分的阳极区域则没有电子电流,离子电流主要存在于电极和致密电解质界面一个狭小的区域内。此外,阳极中面积超出阴极的部分对电流和物质传输的有加强效果。3、通过数值模型的计算具体展示了多个锥管式SOFC单元串联结构工作时电极内物质分布和电流密度分布,并与单电池进行比较。电池套接串联,电极面积重叠,有效反应区域减小;物质传输的阻力增加,反应速率减小;电流在电池间传递时存在欧姆电阻;所以在相同的工作温度下,随着堆叠电池数的增加,H₂和O₂的反应速率减小,电流密度减小,平均每个电池单元的最大输出功率密度下降。因电流路径发生变化,多层结构的电子电流主要集中在阴极有效工作区域,而离子电流主要集中在电解质层和阴极的界面附近区域,由于物质传输的阻力增加,电解质和阳极界面区域的离子电流集中在更为狭小的区域。4、阴极材料性质影响着电池的输出性能,有效电导率是材料性质的重要体现。所以我们选择研究有效电导率对V-I曲线的影响。在阴极有效电子电导率和有效离子电导率增加时,电池的输出性能提高。