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Mathematical modeling of mas and charge transport and reaction in a solid oxide fuel cell with mixed ionic conduction

Bertei, A. und Thorel, A.S. und Bessler, W.G. und Nicolella, C. (2012) Mathematical modeling of mas and charge transport and reaction in a solid oxide fuel cell with mixed ionic conduction. Chemical Engineering Science, 68, Seiten 606-610. Elsevier. doi: 10.1016/j.ces.2011.10.025.

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Kurzfassung

A mathematical model for the description of transport phenomena and reactions in an innovative solid oxide fuelcell (called IDEAL-Cell) under steady-state conditions is presented. This cell is characterized by an intermediate porous composite layer (called central membrane) between cathodic and anodic compartments, which shows mixed conduction of protons and oxygen ions and offers active sites for their recombination to form water vapor. This paper presents an original model of charge transport and reaction in the central membrane. The model, based on local mass and charge balances, accounts for mixed conduction in the solid phase, diffusion and convection in the gas phase and reaction at the solid/gas interface. The model domain is resolved in a continuum approach by using effective properties related to morphology and material properties through percolation theory. The model predictions are successfully compared with experimental data, which provide an estimate of the kinetic parameter of the water recombination reaction. Simulations show strong dependence of predicted results on the kinetic constant of the water incorporation reaction and the effective conductivities. A design analysis on porosity, thickness, particle dimension, composition of central membrane and cell radius is performed and an optimal membrane design is obtained.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/79818/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Mathematical modeling of mas and charge transport and reaction in a solid oxide fuel cell with mixed ionic conduction
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bertei, A.antonio.bertei (at) for.unipi.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thorel, A.S.Mines-Paris TechNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bessler, W.G.German Aerospace CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nicolella, C.university PisaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Februar 2012
Erschienen in:Chemical Engineering Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:68
DOI:10.1016/j.ces.2011.10.025
Seitenbereich:Seiten 606-610
Verlag:Elsevier
Status:veröffentlicht
Stichwörter:solix oxide fuel cell central membrane mixed ionic conduction
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Rationelle Energieumwandlung und Nutzung (alt)
HGF - Programmthema:Brennstoffzelle (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E EV - Energieverfahrenstechnik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:18 Dez 2012 14:09
Letzte Änderung:12 Dez 2013 21:55

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