The effect of the anode porosity and fuel type on the performance of flat solid oxide fuel cells

국문 초록 (Abstract)

본 기사에서는 고체산화물 연료전지(플레이트형)의 성능을 분석한다. 먼저 수소 등 양극연료를 파악해 양극 전해질 물질의 공극비 효과를 비교·분석할 예정이다. 둘째, 고체연료전지는 수소에 최적이라는 것이 밝혀졌지만 온도 제한 때문에 수소 함량이 높고 다른 원소가 낮은 연료로 대체해 비교해본다. 연료 교환 시 연료 전지 전해액 소재의 다공성을 조절한다. 연료 점화 지점(및 반응 온도)의 차이가 배터리의 전반적인 성능에 영향을 미친다. 연료로 사용할 때의 시동 온도는 비교 및 분석에 사용된다.
시뮬레이션 분석에 COMSOL 5.5를 사용한 결과 전해액의 다공성이 SOFC에 영향을 주었지만 효과는 작았다. 성능은 일반적으로 사용되는 0.2 ~ 0.4 범위에 비례하며 이론적으로 가장 높은 SOFC 성능은 0.4이다. 이번 실험에서는 시작온도를 600℃로 설정해 수소 이외에는 프로판 성능이 가장 좋지만 에탄올 증기와의 간격이 그리 크지 않다. 단, 600 °C에서는 에탄올 증기와 프로판의 섬광점이 수소보다 낮으며, 저온에서 SOFC를 작동할 때 양극 연료를 교체할 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this article, we will analyze the performance of solid oxide fuel cells (plate type). First, we will determine the anode fuel like hydrogen and compare and analyze the effect of the pore ratio of the anode electrolyte material. Second, solid fuel cells have been found to be optimal for hydrogen, but due to temperature limitations, try replacing them with fuels that are high in hydrogen and low in other elements for comparison. When changing fuel, adjust the porosity of the electrolyte material of the fuel cell. Differences in fuel ignition point (and reaction temperature) affect the overall performance of the battery. The starting temperature when used as fuel is used for comparison and analysis.
After using COMSOL 5.5 for simulation analysis, we found that the porosity of the electrolyte affected SOFCs, but the effect was small. Performance is proportional to the commonly used range of 0.2 to 0.4, with a theoretically highest SOFC performance of 0.4. In this experiment, the starting temperature was set to 600 ° C, and propane has the best performance other than hydrogen, but the gap with ethanol vapor is not so large. However, at 600 ° C, the flashpoint of ethanol vapor and propane is lower than that of hydrogen, and the anode fuel can be replaced when operating SOFCs at low temperatures.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1 Introduction 1
• 1.1 Simple comparison of mainstream fuel cell types 3
• 1.2 Why did you choose solid oxide fuel cells 10
• 1.3 Research Objectives 13
• Chapter 2 Principles of Operation and Basic Hypothesis 15
• 2.1 Working Principle 15
• 2.2 Fundamental Hypothesis 17
• Chapter 3 Numerical Calculation Model and Calculation 20
• Chapter 4 Calculation Results and Analysis 26
• 4.1 Basic Simulation Data 26
• 4.2 Change the Effect of Anode Fuel Gas 31
• 4.2.1 Fuel gas becomes Ethanol Vapor 32
• 4.2.2 Fuel gas becomes propane 36
• 4.3 Effects of changes in porous electrode porosity 40
• 4.3.1 The gas leading into the anode fuel passage is hydrogen gas 41
• 4.3.2 The gas leading into the anode fuel passage is Ethanol vapor 45
• 4.3.3 The gas leading into the anode fuel passage is propane 49
• 4.4 Comparison of Ethanol vapor, Propane, and Hydrogen as the fuel 53
• Chapter 5 Conclusions and Future plan 55
• 5.1 Conclusions 55
• 5.2 Future plan 58
• References 59
• 요약 64