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作者：宋明;夏凡辰;王炳英;张玉财;汪玉;吴琼;
单位：中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院;中国石油大学(华东)材料科学与工程学院;中国石油大学(华东)新能源学院;山东科技大学交通学院;中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院;
摘要：梯度孔隙阳极固体氧化物燃料电池(SOFC)的多物理场耦合行为对其长期高温服役性能具有重要影响。本工作构建了电化学–气体流动–物质传递–温度–固体力学耦合的多物理场模型，并结合蠕变延性耗竭理论开发了蠕变损伤计算方法，研究了不均匀温度场条件下一种梯度孔隙阳极的SOFC蠕变损伤演化与裂纹扩展机制。结果表明：均匀温度场假设低估了SOFC构件中的等效应力，并改变了应力分布特征；梯度孔隙阳极设计使SOFC上连接体在64 kh时首先达到临界损伤值，裂纹萌生于燃料出口40 mm肋外表面，呈表面裂纹形态，并在80 kh时裂纹长度扩展至32 mm。通过对不同阳极孔隙率设计的蠕变损伤分析表明，梯度孔隙阳极设计的SOFC相比阳极孔隙率分别为0.2、0.3和0.4的均匀孔隙阳极SOFC，其寿命分别提高了31.4%、26.4%和17.9%。研究结果揭示了此种梯度孔隙阳极在长期高温服役中的潜在优势，为SOFC的结构优化设计提供了理论依据。
关键词：固体氧化物燃料电池;梯度孔隙阳极;多物理场耦合建模;延性耗竭理论;蠕变损伤
基金资助：国家重点研发计划(2021YFB4001501); 国家自然科学基金(51805543,52275167,52405160); 中央高校基本科研业务费专项(23CX03009A); 山东省自然科学基金青年项目(ZR2022QE218)
