【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池数值模拟，更具体地说，涉及一种拟合固体氧化物电池化学电容及测定电极电流的方法。
技术介绍
1、固体氧化物电池(solid oxide cell,soc)具有效率高，产物无污染的优点，作为一种高效清洁能源转化装置近年来引起了广泛关注。化学电容作为一种重要的参数可以表征固体氧化物电池的充放电情况。对化学电容值影响最大的因素是微扰电压变化时电流的变化值，电流的变化值是反应电流(电化学反应部分)与化学电容电流(非电化学反应部分)之和，其中，反应电流又称为法拉第电流。因此，化学电容的准确测定对于测算电池的电极电流具有重要意义。
2、然而在实际实验过程中，化学电容电流的变化与反应电流的变化难以区分，此外，电化学测试过程中测得的化学电容值又会和其他电容，如各个界面的双电层电容混合在一起，导致化学电容值难以准确测定。
3、目前应用广泛的方法是电化学阻抗谱法，例如，专利cn107526881a公开了一种基于连续性推导的锂电池电极阻抗建模方法，包括以下步骤：步骤1，基于电化学原理的电池电压和电流计算；步骤2，电极阻抗模型建立；步骤3，基于电极阻抗模型的单体锂电池电化学等效模型建立；步骤4，基于soc值的电极阻抗模型验证。该专利技术从插入层和提取层的反应速度研究入手，建立固体薄膜锂电池电极的等效阻抗模型；电极等效阻抗模型包括，rc并联电路表示荷电转移特性，有限长度warburg模型表示电解质扩散特性，有限空间warburg模型表示固态扩散特性；利用有限空间warburg模型建立等效电容，该电容模拟锂电池阴极与
4、采用模拟方法对化学电容进行测算是一个有效的方法，目前对于固体氧化物电池所采用的模拟方法是bulter-volmer方程。然而bulter-volmer方程在描述电极动力学时描述的电极传质和反应过程不精确，传质系数明显偏离于通常假设的经典值，因此无法描述电极的电容效应。此外，由于反应电流一般用电容效应进行测算，电容效应不准确不仅无法准确分离电极的化学电容电流与反应电流，同样也无法准确分离电池的阴极电流和阳极电流。
5、专利cn111625929a公开了一种多物理场耦合作用下sofc数值模拟方法，包括：建立固体氧化物燃料电池单电池多物理场耦合模型；定义模拟固体氧化物燃料电池所需的物理参数及多物理场模型的边界条件；对电池实际运行过程中涉及到的多种物理场进行了耦合；对划分网格后的固体氧化物燃料电池多物理场模型进行稳态和瞬态计算，得到不同工作条件下电池内部温度场、应力场、气体流动场、物质浓度分布场，及电流密度分布等计算结果。但该专利不涉及如何拟合sofc电池的化学电容，且化学电容同时涉及到电化学反应和非电化学反应区域的物质浓度变化，该专利中只考虑到了电化学反应因素对化学电容的影响，而未引入非电化学反应因素，无法得出准确的化学电容。
6、专利cn103544339a公开了一种水下xctd剖面仪传输线间分布电容的建模方法。采用proe进行3d建模结合comsol multiphysics(多物理场)中ac/dc模块计算该模型的电容值，从而得到两金属导线之间的分布电容值以及每一根金属导线与海水之间的电容值。最后将所得的这两个电容值和理论计算值进行比较，来验证仿真结果的正确性，但该专利针对的是电容分布均匀的金属导线，对于固体氧化物电池，电池的位置不同电容的数值也会不同，因此无法得出准确的化学电容。
7、基于上述问题，如何提高固体氧化物燃料电池的化学电容的测算精准度是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
1、1.要解决的问题
2、针对现有技术中化学电容的测算精准度差的问题，本专利技术提供一种拟合固体氧化物电池化学电容的方法，利用该方法测得的化学电容，准确描述了电化学反应因素和非电化学反应因素对化学电容的影响，有效提高固体氧化物燃料电池的化学电容的测算精准度。
3、本专利技术的另一目的在于，利用测算得到的化学电容测定反应电流，可以准确分离固体氧化物燃料电池的的化学电容电流与反应电流。
4、2.技术方案
5、为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
6、一种拟合固体氧化物电池化学电容及测定电极电流的方法，其包括步骤：
7、s1、建模：将电池的几何参数输入多物理场模型进行几何建模，并输入初始化学电容值cchem；
8、s2、拟合生成电流itotal：根据几何模型拟合得到电流-电压曲线，电流-电压曲线中的电流为拟合生成电流itotal，所述拟合生成电流itotal为拟合反应电流ireac与拟合化学电容电流ic之和，所述拟合反应电流ireac根据化学反应速率计算，所述拟合化学电容电流ic为电势差和电阻的比值；
9、s3、得到真实化学电容值cchem,real：比对相同电压下的拟合生成电流itotal和实验电流，所述实验电流为在相同条件下的实验测得，当不同扫描电压速率下的拟合生成电流itotal和实验电流一致或相近时，则输入模型的初始化学电容值cchem即为真实化学电容值cchem,real。
10、若不同扫描电压速率下的拟合生成电流itotal和实验电流不一致或不相近时，则输入新的化学电容值cchem，直至不同扫描电压速率下的拟合生成电流itotal和实验电流一致。
11、其中，步骤s3中所述的一致或相近，为拟合生成电流itotal和实验电流的最大误差值小于10％，平均误差值小于3％。
12、更进一步地，步骤s1中电池的几何参数包括电解质和工作电极的直径和厚度，为提高测算的精准性，所述电池的几何参数可以通过测量得出，例如对电池进行扫描电子显微镜测试。
13、本申请中设定的实验条件包括温度、气体的浓度、流量以及扫描电压速率，其与实际实验条件保持一致。
14、本申请中，拟合生成电流itotal满足公式：
15、
16、式(7)中，f为法拉第常数，k为材料异相反应速率常数，c(e-)为电极电子浓度，creac为反应物浓度，e为外加过电压大小，为晶格氧浓度，cchem为初始化学电容值；rohm为欧姆阻抗，voleff为电极的有效体积。
17、更进一步地，步骤s3中，比对相同电压下的拟合生成电流itotal和实验电流，当不同扫描电压速率下的拟合生成电流itotal均与实验电流一致或相近时，即可认为输入多物理场模型的初始化学电容值cchem为真实化学电容值cchem,real，其中，拟合生成电流itotal是指根据上述公式拟合得到的电流，实验电流是指通过实际实验测试得到的实际电流。
18、本申请中，拟合生成电流itotal为拟合反应电流(法拉第电流)ireac和拟合化学电容电流(充电电流)ic之和，即itotal＝ireac+ic；其中拟合反应电流ireac满足公式：
19、ireac＝f*k*c(e-)4*cr本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种拟合固体氧化物电池化学电容的方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拟合反应电流Ireac满足以下公式：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当拟合固体氧化物的阴极化学电容时，式(1)中反应物浓度creac满足以下公式：
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当拟合固体氧化物的阳极化学电容时，式(1)中反应物浓度creac满足以下公式：
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述拟合化学电容电流Ic为：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述拟合生成电流Itotal为：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述真实化学电容值Cchem,real遵循阿伦尼乌斯方程；
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述电池的几何参数包括电解质和工作电极的直径和厚度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中拟合的实验条件包括温度、气体的浓度、流量以及扫描电压速率。
10.一种
...【技术特征摘要】
1.一种拟合固体氧化物电池化学电容的方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拟合反应电流ireac满足以下公式：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当拟合固体氧化物的阴极化学电容时，式(1)中反应物浓度creac满足以下公式：
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当拟合固体氧化物的阳极化学电容时，式(1)中反应物浓度creac满足以下公式：
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述拟合化学电容电流ic为：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述拟合生成电流itotal为：
7.根据权利要求6所...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱子镝，蒋学鑫，
申请(专利权)人：安徽壹石通材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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