固体氧化物燃料电池关键构件多物理场耦合作用下的热机械行为研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51805543
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:26.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0504.机械结构强度学
- 结题年份:2021
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:Jerzy A. Szpunar; 王炳英; 张玉财; 张伟亚; 汪玉; 万娱; 甄莹; 胡晓轩;
- 关键词:
项目摘要
Solid oxide fuel cell (SOFC) has been considering as a highly efficient device to convert chemical fuels directly into electrical power. Compared with traditional energy conversion technologies, SOFC has many significant advantages, including high efficiency, high volumetric and gravimetric, low pollutant emission and noise, easy-fabrication, as well as no re-charge duration. However, SOFCs have not yet become fully commercialized because there are still several technological challengers need to be resolved. The one of the most important challengers is the integrity and reliability of its structure during a long time high-temperature operating. Generally, SOFCs operate at a high temperature (600-1100 °C), which is the range that the electrolyte becomes conductive to oxygen ions but nonconductive to electrons. The high operating temperatures are both advantage and disadvantage for the SOFCs. The advantages lie in minimization of polarization losses and fuel impurity tolerance, while the disadvantage is that very limited materials can be used as components in such a high temperature. In addition, large thermal stresses are generated during the SOFC operation process due to the mismatching of thermal expansion coefficient of different components in SOFCs. The stresses and thermal cycling will cause the failure of the cells. Considering the SOFC is a complex system and composed of components with different materials, it is essential to understand the interaction of these components, as well as the thermomechanical behaviors of whole SOFC structure and the mechanism of the degradation of performance of SOFC. In this proposal, thermomechanical behaviors of SOFC will be studied and a coupled multi-physics single planar SOFC model will be tried to build to predict its fatigue life. Firstly, the thermal and mechanical properties of membrane electrode assembly (MEA), which consists of several layers as a composite, and other components will be tested at different elevated temperatures and the relationship between these physical properties and operating temperatures will be studied. Secondly, the microstructure evolutions of the main components and electrochemical effects in the cell will be studied. The relationship between the microstructure evolution of these components and degradation of performance of SOFC will be investigated and mechanism of degradation of SOFC will be clarified. In addition, the residual stress distributions in MEA and main components will be measured by electron backscattered diffraction and X-ray diffraction, and their effects on thermomechanical fatigue behaviors of SOFC will be evaluated. At the end, based on the results of studies above, a coupled multi-physics single SOFC model will be built through finite element method and verified to predict the fatigue life of planar SOFC.
固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效、清洁、无污染的新能源技术具有广泛的应用前景,目前仍未实现全面商业化,主要原因在于高温及重复启动热循环工况下电池材料和结构强度问题没有解决。本课题拟研究多物理场耦合作用下平板式SOFC关键构件热机械行为和材料微观组织演变对电池性能劣化的影响。通过开发微试样试验方法获得不同温度下电池构件材料力学性能和热学性能随温度变化的本构关系;通过背散射衍射(EBSD)和X射线衍射方法研究SOFC内部残余应力与循环热应力对材料微观组织演变的影响;阐明电池构件热机械疲劳损伤的微观机理;建立SOFC多场耦合热机械疲劳损伤模型,开发与ABAQUS软件连接的子程序,导入本构关系并建立有限元模型,通过理论分析与实验验证有限元模型的正确性。讨论电池密封结构、构件几何尺寸、形状等因素对电池结构应力、疲劳损伤和失效概率的影响,建立SOFC在复杂环境下的热机械疲劳寿命评价准则。
结项摘要
固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效、清洁、低噪音、无污染的新能源技术具有广泛的应用前景,目前仍未实现全面商业化,主要原因在于高温及重复启动热循环工况下电池材料和结构强度问题没有解决。本课题旨在研究多物理场耦合作用下平板式SOFC关键构件热机械行为和材料力学性能本构演化对电池性能的影响。通过开发小冲杆微试样试验方法获得不同温度下电池主要构件材料力学性能和热学性能随温度变化的本构关系;通过背散射衍射(EBSD)和X射线衍射方法研究SOFC内部残余应力与循环热应力对材料微观组织演变的影响;阐明电池构件热机械蠕变疲劳损伤的微观机理;建立SOFC多物理场耦合理论模型,开发与ABAQUS软件连接的子程序,导入高温材料本构关系并建立有限元模型,实现对SOFC工作和启动的多物理场有限元模拟。通过理论分析与试验结果验证模型的有效性与正确性。研究电池密封结构、构件几何尺寸、形状、流道布置、阳极镍体积分数等因素对电池结构应力、蠕变疲劳损伤和失效概率的影响,提出了梯度孔隙阳极优化的SOFC PEN结构以及高温极端环境下单电池的寿命评价准则。研究结果为平板式固体氧化物燃料电池钎焊自适应密封结构强度以及PEN结构强度研究提供了可行的试验方法和数据,也为平板式SOFC实现长期高效稳定运行的优化设计提供了重要理论基础。
项目成果
期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Influence of borides dissolution during the homogenization treatment on the mechanical properties and fracture behavior of austenitic stainless steel brazed joints
均匀化处理过程中硼化物溶解对奥氏体不锈钢钎焊接头力学性能和断裂行为的影响
- DOI:10.1016/j.msea.2020.139200
- 发表时间:2020-04
- 期刊:Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing
- 影响因子:6.4
- 作者:Xiao Chengran;Jiang Wenchun;Yu Yue;Song Ming;Tu Shan-Tung;Gong Jianming
- 通讯作者:Gong Jianming
小冲杆试验评价平板式固体氧化物燃料电池钎焊密封接头力学性能研究
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:机械工程学报
- 影响因子:--
- 作者:宋明;马帅;蒋文春;杜传胜;王炳英
- 通讯作者:王炳英
基于BP神经网络与小冲杆试验确定在役管道钢弹塑性性能方法研究
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:力学学报
- 影响因子:--
- 作者:宋明;李旭阳;曹宇光;甄莹;司伟山
- 通讯作者:司伟山
Effect of inhomogeneous oxidation on the mechanical degradation of anode supported solid oxide fuel cell
不均匀氧化对阳极支撑固体氧化物燃料电池机械降解的影响
- DOI:10.1016/j.jpowsour.2019.227663
- 发表时间:2020-02
- 期刊:Journal of Power Sources
- 影响因子:9.2
- 作者:Wang Yu;Jiang Wenchun;Song Ming;Luo Yun;Tu Shan-Tung
- 通讯作者:Tu Shan-Tung
Experimental and Numerical Investigations on the Thermomechanical Behavior of 304 Stainless Steel/Q345R Composite Plate Weld Joint
304不锈钢/Q345R复合板焊接接头热机械行为的实验与数值研究
- DOI:10.3390/ma12213489
- 发表时间:2019-11-01
- 期刊:MATERIALS
- 影响因子:3.4
- 作者:Hu, Xiaodong;Yang, Yicheng;Song, Ming
- 通讯作者:Song, Ming
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:{{ item.doi || "--"}}
- 发表时间:{{ item.publish_year || "--" }}
- 期刊:{{ item.journal_name }}
- 影响因子:{{ item.factor || "--"}}
- 作者:{{ item.authors }}
- 通讯作者:{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
其他文献
结球甘蓝花粉钙调素基因的克隆与表达分析
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:园艺学报
- 影响因子:--
- 作者:Key Laboratory of Horticulture Science for Souther;韦静宜;王小佳;宋明;汤青林;王志敏;任雪松;SUN Zi-jian,WEI Jing-yi,WANG Xiao-jia*,SONG Ming*,;Chongqing Key Laboratory of Olericulture
- 通讯作者:Chongqing Key Laboratory of Olericulture
黄鳝受精卵致病菌的分离鉴定与药敏试验
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:江西水产科技
- 影响因子:--
- 作者:宋明;周秋白
- 通讯作者:周秋白
开花整合子SOC1花期调控的分子机制
- DOI:--
- 发表时间:2013
- 期刊:中国蔬菜
- 影响因子:--
- 作者:鲜登宇;江为;赵夏云;汤青林;宋明;王志敏
- 通讯作者:王志敏
sam68过度表达和胞浆定位与临床N0期舌癌患者肿瘤进展和不良预后分析
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:HEAD NECK ONCOL
- 影响因子:--
- 作者:宋明
- 通讯作者:宋明
废ABS电镀件退镀液中铜的回收工艺研究
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:南昌大学学报(工科版)
- 影响因子:--
- 作者:饶荣;宋明;成昊;邱祖民
- 通讯作者:邱祖民
其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:{{ item.doi || "--" }}
- 发表时间:{{ item.publish_year || "--"}}
- 期刊:{{ item.journal_name }}
- 影响因子:{{ item.factor || "--" }}
- 作者:{{ item.authors }}
- 通讯作者:{{ item.author }}

内容获取失败,请点击重试

查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:
AI项目摘要
AI项目思路
AI技术路线图

请为本次AI项目解读的内容对您的实用性打分
非常不实用
非常实用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
您认为此功能如何分析更能满足您的需求,请填写您的反馈:
相似国自然基金
{{ item.name }}
- 批准号:{{ item.ratify_no }}
- 批准年份:{{ item.approval_year }}
- 资助金额:{{ item.support_num }}
- 项目类别:{{ item.project_type }}
相似海外基金
{{
item.name }}
{{ item.translate_name }}
- 批准号:{{ item.ratify_no }}
- 财政年份:{{ item.approval_year }}
- 资助金额:{{ item.support_num }}
- 项目类别:{{ item.project_type }}