Цели разработка математической модели для описания явлений, протекающих в среднетемпературном твердооксидном топливном элементе. В процессе решения уравнений модели требуется найти ряд кинетических параметров, в том числе константы скоростей электрохимических реакций.
Методы. Математическая модель основана на системе дифференциальных уравнений в частных производных и включает уравнения материального и теплового балансов, а также балансовые соотношения для заряда. Разработаны алгоритм численного решения уравнений математической модели и соответствующий программный модуль расчета уравнений, реализованный на языке программирования Python.
Результаты. В ходе работы определены кинетические параметры модели, включая константы скоростей реакций. Адекватность предложенной модели подтверждена сравнением с экспериментальными данными: максимальная относительная погрешность не превышает 8.1%. С использованием модели получены распределения температуры газа и интерконнектора, а также концентраций компонентов по времени, длине газового канала и толщине функционального слоя и электролита. Рассчитаны вольтамперные характеристики единичной ячейки. Выполнена оптимизация скорости подачи топлива и окислителя по критерию максимума выходной мощности.
Выводы. Разработанная математическая модель адекватно описывает исследуемые процессы, протекающие на электродах среднетемпературного топливного элемента. Определено оптимальное соотношение расходов топлива и окислителя, которое составляет 1:10.