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Three-dimensional micro/macroscale simulation of planar, anode-supported, intermediate-temperature solid oxide fuel cells: I. Model development for hydrogen fueled operation
저자
Baek, Seung Man ; Jeong, Areum ; Nam, Jin Hyun ; Kim, Charn-Jung
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2019
작성언어
-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
15456-15481(26쪽)
제공처
소장기관
<P><B>Abstract</B></P> <P>Intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) are promising SOFC technologies that can solve many problems of high-temperature SOFCs (HT-SOFCs), such as the stringent restriction on material selection, accelerated degradation of electrode activity, limitation in thermal cycling, and requirement for long start-up times. In this study, a comprehensive three-dimensional micro/macroscale model is developed for simulating planar, anode-supported IT-SOFCs fueled with hydrogen. Many constitutive sub-models for electrode microstructure, detailed charge-transfer processes, and heat/mass transport in three-dimensional interconnect plate/gas channel geometries are combined to investigate the performance and operating characteristics of IT-SOFCs with rather standard materials (such as nickel, YSZ, LSM, and stainless steel). The current−voltage performance curves are presented along with the contribution of activation, concentration, ohmic, and contact overpotentials to total potential loss. In addition, the spatial distributions of temperature, current density, and species concentrations are also investigated for co- and counter-flow configurations. The results clearly demonstrate the capabilities of the present three-dimensional micro/macroscale model as an accurate and efficient design tool for optimizing the operating conditions, electrode microstructures, and cell geometries of planar, anode-supported IT-SOFCs.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> A three-dimensional micro/macroscale model for planar IT- SOFCs is developed. </LI> <LI> Charge transport and electrochemical reactions in electrodes are fully considered. </LI> <LI> Fully-developed flow in gas channels is assumed to simplify flow calculation. </LI> <LI> Operation characteristics of hydrogen-fueled IT-SOFCs are investigated in detail. </LI> <LI> Performances of IT-SOFCs with different flow configurations are compared. </LI> </UL> </P>
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