燃料電池直接從化學能（燃料）轉(zhuǎn)換為電能，具有效率高、污染小等優(yōu)點，近幾年來受到各方面的高度重視。熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）在高溫下工作（約650C），可以利用排p氣余熱和燃氣輪機混合發(fā)電，因而有更高效率，是目前燃料電池研究的主流之一。

以往對MCFC燃料電池研究取得了許多成果，Proect）2.85MW的MCFC演示工程，上海交通大學研究成功的15kW的MCFC和正在研究的100kW的MCFC等。盡管如此，作為新一代的能源系統(tǒng)，燃料電池工作機理的許多方面，無論是電化學反應過程，還是熱量質(zhì)量傳遞過程，無論是電池內(nèi)部氧化劑、燃料的流動過程，還是燃料電池的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性都需要進一步開展研究，只有在掌握規(guī)律的基礎上，才能把這些過程組織好，使燃料電池真正能成為高效清潔的能源系統(tǒng)。

本文的重點是研究MCFC電池的動態(tài)特性。動態(tài)特性的探索不僅對燃料電池本身的溫度分布、流動狀態(tài)、性能變化規(guī)律的揭示是非常必要的，而且也為燃料電池與燃氣輪機結(jié)合形成混合系統(tǒng)提供必不可少的基礎數(shù)據(jù)。本文研究的MCFC模型的許多物理參數(shù)是從上海交通大學燃料電池研究所15kW的熔融碳酸鹽燃料電池得到。

MCFC的內(nèi)部特性單體的熔融碳酸鹽燃料電池一般是平板型的，由電極-電解質(zhì)、燃料流通道、氧化劑流通道和上下隔板組成，見。

燃料電池的工作過程為：燃料流中的H2在陽）發(fā)生氧化反應，和電解質(zhì)中的C3-離子作用生成H2O和C2，釋放出電子：+2e，氧化劑流中的O2在陰極（Cathode）和CO2作用，并捕獲電子，生成CO3-進入電解質(zhì)：（1/2）O2+CO2+2eCO3-，然后CO32-游離擴散到燃料流的Anode，補充消耗的CO3'Anode產(chǎn)生的電子通過外電路結(jié)ICathode，從而構成了一個包括電子傳輸和離子移動在內(nèi)的芫整的回路。電化學反應的強度可以用單位時間內(nèi)電極板-電解質(zhì)上單位面積參加電化學反應物質(zhì)的摩爾數(shù)來表示，即電化學反應率為可以看到電化學反應過程伴隨著強烈的傳質(zhì)過程，上述工作過程已經(jīng)說明了O2、CO2、CO3-、H2O的流向。燃料流中每消耗2g物質(zhì)（瑪），就有60g（1/2O2和CO2）物質(zhì)從氧化劑一側(cè)進入電極，形成CO3-，并穿越電解質(zhì)，進入燃料流變成CO2和H2O，這個強烈的傳質(zhì)過程對燃料電池內(nèi)部熱力學特性的影響是顯著的。傳質(zhì)強度可以用質(zhì)量傳遞率來表示燃料電池內(nèi)的熱量產(chǎn)生和傳遞過程結(jié)合可以分析如下，電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量包括電化學反應產(chǎn)生的熱量和電流產(chǎn)生的電阻熱。電化學反應熱主要是水的生成熱，單位面積電化學反應熱為/mol；DS為生成水的熵變，/（mol.K）；7；為電極板-電解質(zhì)的平均溫度，K.單位面積電流產(chǎn)生的電阻熱為除了電化學反應熱和電阻熱外，還有燃料流、氧化劑流帶入帶出燃料電池的熱量。下一節(jié)將建立熱量和質(zhì)量平衡方程，形成燃料電池動態(tài)過程的數(shù)學模型。

單體MCFC微元傳質(zhì)傳熱示意圖MCFC的動態(tài)過程數(shù)學模型3.1概述在燃料電池內(nèi)部熱能傳遞的方式有：質(zhì)量傳遞引起的傳熱燃料和氧化劑流對電極-電解質(zhì)和隔板之間的相互對流傳熱電極-電解質(zhì)和隔板之間的輻射傳熱等。