Integrating Multi-physicochemical Processes Induced Stresses to Study Structural Reliability for Solid Oxide Fuel Cells: Modeling and Experiments
整合多种物理化学过程引起的应力来研究固体氧化物燃料电池的结构可靠性:建模和实验
基本信息
- 批准号:1100085
- 负责人:
- 金额:$ 28.87万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2011
- 资助国家:美国
- 起止时间:2011-05-01 至 2015-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The research objective of this project is to elucidate the mechanisms that are responsible for delamination degradations of solid oxide fuel cells (SOFCs). The SOFC is an environmentally benign energy technology with high efficiencies. Long-term stability is an important requirement for the commercial applications of such a technology. While the delamination phenomena have been widely attributed to the thermal stress mismatch between different layers of SOFCs, the hypothesis proposed in this project is that the lattice parameter variations induced by oxygen ion transport across the interface could play an important role in delamination degradations. The results of both experiment and modeling have provided preliminary evidence supporting this hypothesis. The research to be performed includes the basic parameter characterizations related to oxygen ion transport process, systematic experiments to study multi-process induced stresses, and new modeling approach to quantify the individual roles of multi-processes influencing structural reliability under comprehensive multi-physicochemical conditions, as well as delamination mitigation strategy studies. The deliverables include a catalog of basic mechanisms, modeling and analysis tools, experimental methods, and attainable strategies for delamination mitigations, documentation of research results, as well as engineering student and pre-college student educations.If successful, the results of this research will bring a new paradigm for structural reliability studies of SOFCs and have significant impacts on a series of SOFC related issues, including material synthesis and selections, design and fabrication, operating condition determination to mitigate structural failures. The research will help transfer SOFC technology to US industry. The results will be disseminated to allow for a wide variety of applications in other oxygen ion conducting solid state devices. Graduate and undergraduate engineering students will benefit through classroom instruction and involvement in the research. Outreach to high school students and the general public will promote the awareness and interest of the clean energy technologies.
本计画之研究目的在于探讨固体氧化物燃料电池(SOFC)之脱层劣化机制。 固体氧化物燃料电池是一种高效环保的能源技术。 长期稳定性是这种技术商业应用的重要要求。 虽然分层现象已被广泛归因于SOFC的不同层之间的热应力不匹配,在这个项目中提出的假设是,晶格参数的变化引起的氧离子输运通过界面可以在分层退化中发挥重要作用。 实验和建模的结果都为这一假设提供了初步的证据。 研究内容包括氧离子输运过程的基本参数表征、研究多过程诱导应力的系统实验、量化多物理化学条件下影响结构可靠性的多过程个体作用的新建模方法以及分层缓解策略研究。 该研究成果将为SOFC的结构可靠性研究提供一个新的范式,并将对一系列与SOFC相关的问题产生重大影响。包括材料合成和选择、设计和制造、操作条件确定以减轻结构故障。 这项研究将有助于将SOFC技术转移到美国工业。 结果将被传播,以允许在其他氧离子传导固态器件中的各种各样的应用。 研究生和本科工程专业的学生将受益于课堂教学和参与研究。 对高中生和公众的宣传将提高对清洁能源技术的认识和兴趣。
项目成果
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