A review of heat transfer and thermal management methods for temperature gradient reduction in solid oxide fuel cell (SOFC) stacks

固体氧化物燃料电池 传热 材料科学 温度梯度 核工程 热的 机械工程 电解质 工艺工程 工程类 电极 热力学 化学 量子力学 物理 物理化学
作者
Zezhi Zeng,Yuping Qian,Yangjun Zhang,Changkun Hao,Dan Dan,Weilin Zhuge
出处
期刊:Applied Energy [Elsevier]
卷期号:280: 115899-115899 被引量:179
标识
DOI:10.1016/j.apenergy.2020.115899
摘要

Solid oxide fuel cell (SOFC) stacks are promising power generation devices due to their high efficiency and flexible fuel capability. Recent application of SOFC stacks has shifted from stationary electricity generation into powering vehicles and airplanes. The start-up process of compact SOFC stacks for mobile power systems requires a rapid temperature rise from 20 °C to approximately 800 °C. Effective thermal management systems are necessary for the stable start-up process as well as stable operations of SOFC stacks. This paper presents a detailed review on the heat transfer studies of SOFC and the associated thermal management methods. Previous studies have indicated that the temperature gradient in the SOFC could lead to delamination and cracks in the electrolyte and electrode. Thus, we listed the temperature gradient for different types of SOFC and summarized the commonly used thermal management methods for temperature gradient reduction in SOFC stacks, such as designing proper gas channels, using effective flow arrangements, integrating heat pipes into interconnects, and adjusting fuel compositions. The suggestions for future studies related to thermal management of SOFC are also provided. This review helps improve our understanding of the heat transfer mechanisms in SOFC and inspire researchers to design effective thermal management systems for SOFC stacks.

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