《基於磁性納米粒子的燃料電池溫度檢測方法》是依託華中科技大學，由毛文平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於磁性納米粒子的燃料電池溫度檢測方法
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：毛文平
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目擬研究一種用於燃料電池的非接觸式溫度測量方法，為電池性能和使用壽命的最佳化提供準確的溫度信息。受限於固體氧化物燃料電池(SOFC)電池堆封閉式結構，現有接觸式測溫方法難以測出實際的堆芯溫度分布。本項目基於磁性納米粒子磁化率的溫度敏感性和磁學遠程測量技術，研究磁性納米粒子的磁學回響以及一維溫度圖像的拾取方法，最終建立一種高達900 ℃的SOFC電池堆溫度測量方法。擬解決的關鍵科學問題是：在高溫與電化學環境下，研究梯度磁場與交流激勵場幅值受限條件下磁性納米粒子的磁化強度-溫度精確模型及其快速求解算法。主要創新點是：(1) 提出將鐵-鈷磁性納米材料作為溫度敏感元件，在不影響電池堆結構設計和密封性前提下實現電池堆的非接觸式溫度測量；(2) 在超過700 ℃的高溫工作環境下構建一種高靈敏度的磁學測試系統。本項目的研究將為搭建更高效率、更高可靠性的燃料電池系統提供關鍵的技術支撐。
結題摘要
固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell， SOFC）具有高效、環保的特點，對緩解能源危機、保護生態環境以及保障國家安全具有重大的意義。影響平板SOFC使用壽命和性能的一個重要因素是電池堆記憶體在的熱應力。準確地獲取電池堆溫度分布，分析各構件熱膨脹係數對電池堆結構力學的影響，並實施有效的電池堆熱管理策略已經成為SOFC的重要研究課題。然而受限於SOFC封閉式的結構、高溫和電化學工作環境，以及系統的複雜性，常規的模型仿真法和接觸式溫度測量方法均很難滿足溫度場測量精度要求。鈷納米粒子的居里溫度點高達1150℃，為實現SOFC內非侵入式遠程溫度測量提供了可能性。 本項目基於磁性納米粒子磁化率的溫度敏感性和磁學遠程測量技術，研究了鈷納米粒子的磁學回響特性，建立了基於溫度均勻分布特徵的一維模型溫度圖像測量方法，設計了實驗裝置，模擬燃料電池內部的溫度分布模式進行溫度測量實驗，在實驗室環境下驗證了測量模型的有效性。主要研究工作如下：（1）構建了一維溫度圖像測量模型。提取零磁場及周圍磁納米敏感元件混合磁化強度回響信號的基次諧波，建立基次諧波幅值與溫度之間的對應關係。該模型具有標定容易、算法簡單的特點，適合快速測溫。在[650,950]℃範圍內，仿真研究了溫度分布不均對測量精確度的影響。研究表明只要梯度磁場高於基本梯度磁場G0的2倍，即使零磁場點與周圍測量點的溫差高達50℃，仍能保證溫度測量誤差小於1℃。（2）設計了溫度圖像測量硬體系統。分析確定了磁納米粒子、激勵磁場、梯度磁場、測量信號信噪比參數的合適選擇；對探測線圈進行了隔熱設計，利用雷射高能束流加熱，測試了隔熱效果。（3）實驗驗證了一維模型溫度圖像測量的有效性。水域加熱磁納米粒子模擬燃料電池內的溫差分布，實驗表明一維模型溫度測量方法優於點模型測溫方法。 本項目從仿真分析和實驗測試兩方面驗證了一維模型溫度測量方法的有效性。與傳統的點模型相比，一維模型對梯度磁場要求大大降低，且在溫度分布不均勻時也能獲得很好的測量結果。該項目研究成果對固體結構對象內部的溫度測量具有參考價值。
