陈宇瑶，魏明锐

（武汉理工大学 汽车工程学院，武汉430070，中国）

甲烷作为天然气、沼气等气体中的主要成分，在固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell , SOFC) 的应用正变得越来越广泛。甲烷作为SOFC燃料时，电池又可以分为内部重整（internal reforming, IR）和外部重整（external reforming, ER）2种工作方式。外部重整即燃料在进入电池前先通过外部的燃料重整器来产生电化学反应的产物H2和CO，其增加了系统的成本和复杂性，但优点是可以通过调节重整器的工作参数来获得理想的气体成分[1-2]。相对而言，内部重整无需额外的装置，利用电池本身的高温工作环境进行重整，提高了能量利用率，减低了系统的复杂性和成本，缺点是甲烷的重整反应可能会产生积碳，从而减低电池性能[3-5]。

国内外的学者对此进行了大量广泛而深入的研究。于建国[6]等通过研究发现，合理控制阳极燃料的中水碳比，可以有效地抑制积碳的生成，当水碳比较高时，可以认为无积碳生成。N.Chatrattanawet等[7]和谢静等[8]通过数值模拟方法，研究发现：在相同的燃料利用率下，甲烷在电池内部直接重整的发电效率要好于甲烷在电池外部进行重整。LIN Yuanbo等[9]研究了Ni-YSZ阳极支撑的SOFC直接在甲烷环境下的运行，发现在700 °C时功率密度为0.52 W/cm2，在800 °C时功率密度为1.27 W/cm2。宋彪等[10]模拟研究了甲烷浓度对电池性能以及物理场分布的影响，发现不含甲烷的燃料，阴极需要更多的空气流量来降低电池的温度梯度，其他研究[11-12]也表明阳极燃料的气体组成对电池的性能和温度分布有重要影响。孙成斌等[13]构建了一种单通道平板SOFC的三维数值模型来研究工作温度和水碳比对电池性能的影响。……