基于多物理场耦合理论，建立了高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的仿真模型，系统研究了阳极支撑的对称双阴极SOFC的温度场、电场、物质扩散场、流场及力场分布，并将模拟结果与实验进行了对比验证，模拟结果与实验测试所得关键性能吻合良好。通过模拟仿真分析了SOFC内部物质，电流温度及应力分布不均匀的主要原因，发现电池内部30%以上的热应力来自于电池内部的热梯度。在此基础上，用模拟仿真的方法对已有的Z型阴极气体流道与蛇型流道进行对比，模拟结果显示，一方面蛇型流道会提高电池内部气体流动损耗，降低电池在低电流密度下的发电效率；另一方面蛇型流道有助于电池内部气体的充分流动与扩散，提高了电池在高电流密度下的发电效率。在同等的放电电流密度下，蛇型流道的设计可以显著降低电池内部热应力。

图1 燃料电池基本结构示意图

图2 模拟与实验所得电压-电流曲线图对比

图3 阴极气体流道中的气体流速

图4 不同操作电压下的电解质中的温度分布（a）Vcell= 1V；（b）Vcell= 0.8V；（c）Vcell= 0.6V；（d）Vcell= 0.4V

图5 不同电压下SOFC中的最大第一主应力

图6 Z型流道与蛇形流道输出功率密度-电流密度曲线

 图7 Z型流道与蛇形流道最大第一主应力-电流密度曲线