固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池 (SOFC) 利用电化学反应所释放的化学能量并将其转换为电能。SOFC 通常消耗氢和氧，产生的废物只有水。
SOFC 是由电极（一个阳极和一个阴极）、固体氧化物电解质以及集电器组成的电化学单元（或单元叠片）。
本教程展示设置和模拟单平面钮扣固体氧化物燃料电池的工作流。氧的摩尔分数相对于反应通量进行可视化。必须检查氧通过阴极的运输是否足以避免缺氧 - 这可能限制反应率并损坏燃料电池元件。在扩大规模模拟叠片中的多个电池之前，以这种方式设置单个电池单元的案例有助于首先确定最优设置、运输机制以及反应机制。
以下图表显示平面钮扣 SOFC 的不同元件。
平面钮扣 SOFC 被放在一个圆柱型外壳里面。完整几何由一个外壳组成，外壳与固体氧化物电解质膜片以及阳极和阴极集电器相交。在外壳的体积内是一些内部铝管。反应产物从外壳与铝管之间的空间离开 SOFC。
| 元件 | 关键功能 |
|---|---|
| 固体氧化物电解质膜片 |
|
| 阳极和阴极 | 具有多孔相的流体区域 |
| 阳极和阴极集电器 | 可传导电流的固态区域 |
| 空气和燃料 |
|
| 管 | 固态区域 |
气相燃料混合物（97% 氢和 3% 水蒸气）通过与钮扣电池阳极端一致的内铝管中心进入。气相空气混合物（21% 氧和 79% 氮）通过与钮扣电池阴极端一致的内铝管中心进入。燃料流束中的氢通过多孔阳极扩散，在交界面对固体氧化物电解质膜片做出反应。此交界面代表包括多相边界的催化剂层，因此将称为 TPB。
在 Simcenter STAR-CCM+ 中，电化学反应电流从固体到液体的方向定义为正极。在许多电化学设置中，这种反应电流的方向是适合的，因为固体是电极而液体是电解质。但在 SOFC 中，固体氧化物膜片是电解质而流体在多孔电极内部。Simcenter STAR-CCM+ 中的固态离子模型遵循还原电流的约定，导致 SOFC 阳极电流密度为负（电子从阳极移向阴极）。因此，阳极反应（是一种氧化反应）：
以还原反应的形式提供：
在参与阳极反应之前，氧离子被运送穿过固体氧化物膜片。在阴极和固体氧化物电解质膜片之间的表面发生的反应产生这些氧离子：