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Electrochemical performance analysis of a commercial-scale planar solid oxide fuel cell stack and its sensitivity to operating parameters

Woo, Inseo und Lee, Wooseok und Yoon, Dongyoung und Lang, Michael und Costa, Rémi und Lee, In-sung und Lee, Young-Sang und Hong, Jongsup (2023) Electrochemical performance analysis of a commercial-scale planar solid oxide fuel cell stack and its sensitivity to operating parameters. Journal of Power Sources, Seite 233927. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2023.233927. ISSN 0378-7753.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Kurzfassung

Solid oxide fuel cell (SOFC) is a promising energy conversion technology for stationary applications due to its high efficiency, originating from the high operating temperature. It acts as a stable power supply with high space utilization when densely stacked, producing electrical output up to 1∼5 kW. Despite these advantages, it still faces the challenge of resolving thermal imbalance and nonuniform distribution of reaction zones within the stack. This study aims to elucidate the commercial-scale stack’s electrochemical response to the key operating conditions including fuel utilization and operating current density, mainly focusing on the changes in the cell voltage trend, the current density distribution, and the temperature profile. Key indexes affecting the stack performance are defined, and their sensitivities are analyzed. A commercial-scale three-dimensional hydrogen-fueled SOFC stack is used as the physical model. The results show that, at high fuel utilization, the voltage loss occurs as heat generation increases, which is caused by reactant depletion. In-plane temperature and current density distribution also deteriorate. Increasing the operating current density has a relatively minor impact on the planar current density distribution while still increasing the in-plane temperature deviation. Integrating the abovementioned insights, effective methods to adjust the operating conditions are suggested.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200845/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Electrochemical performance analysis of a commercial-scale planar solid oxide fuel cell stack and its sensitivity to operating parameters
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Woo, InseoYonsei UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lee, WooseokYonsei UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yoon, DongyoungYonsei UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lang, MichaelMichael.Lang (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7756-9658NICHT SPEZIFIZIERT
Costa, Rémiremi.costa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3534-1935NICHT SPEZIFIZIERT
Lee, In-sungE&KOANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lee, Young-SangE&KOANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hong, Jongsupjongsup.hong (at) yonsei.ac.krNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Dezember 2023
Erschienen in:Journal of Power Sources
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.233927
Seitenbereich:Seite 233927
Verlag:Elsevier
ISSN:0378-7753
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Solid oxide fuel cell stack Electrochemical performance Operating parameters Numerical simulation Stack modeling Sensitivity
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Costa, Dr Rémi
Hinterlegt am:19 Dez 2023 17:36
Letzte Änderung:29 Jan 2024 13:06

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