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《Gas Transport in Solid Oxide Fuel Cells》
固体氧化物燃料电池的气体运输
作者：Weidong He，Weiqiang Lv，James H. Dickerson
出版社：Springer
出版时间：2014年
《Gas Transport in Solid Oxide Fuel Cells》
《Gas Transport in Solid Oxide Fuel Cells》
《Gas Transport in Solid Oxide Fuel Cells》
《Gas Transport in Solid Oxide Fuel Cells》
目录
1 Introduction to Gas Transport in Solid Oxide Fuel Cells. . . . . . . . . . . 1
1.1 Introduction to SOFCs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 Brief History of SOFC Development. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.2 Principles of SOFCs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.3 Energy Losses in SOFCs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Gas Transport in SOFCs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.1 General Consideration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 The Driving Force of Gas Diffusion
in Electrodes—Concentration Gradient. . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 Gas Transport in the Porous Electrodes. . . . . . . . . . . . . . . . . 7
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 Gas Diffusion Mechanisms and Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1 Gas Diffusion in Porous Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.1 General Consideration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.2 Molecular Diffusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.3 Knudsen Diffusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Gas Diffusion in Porous Electrodes of Solid Oxide Fuel Cells. . . . . 14
2.2.1 Advective–Diffusive Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.2 Maxwell–Stefan Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.3 Dusty Gas Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.4 Effective Gas Diffusion Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3 Diffusivity Measurement Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1 Diffusivity Measurement in Porous Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2 Advanced Diffusivity Measurement Techniques in Solid
Oxide Fuel Cells. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
x Contents
3.3 The Role of Advanced Diffusivity Measurement Techniques
in Exploring Highly Efficient Solid Oxide Fuel Cell Electrodes. . . . 27
3.3.1 Correlations Between the Diffusivity and Concentration
Polarization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.3.2 Correlations Between Concentration Polarization
and Structures of Anodes/Cathodes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.4 Quantity Analysis of Measurement Error of the Diffusivity
and Concentration Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4.1 Current Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4.2 Pressure Error. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4.3 Temperature Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4 Solid Oxide Fuel Cells with Improved Gas Transport. . . . . . . . . . . . . . 45
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.2 Brief Review of SOFC Electrode Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3 Synthesis Methodology for Microstructure Control
of SOFC Electrodes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.4 Characterization Techniques of Microstructures
of SOFC Electrodes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.5 Correlations between Electrode Microstructures
and SOFC Mass Transport. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.5.1 I–V Curve Fitting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.5.2 Electrochemical Impedance Spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.5.3 Theoretical Simulations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5 Conclusions and Trajectories for the Future . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
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