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Abstract
The solid oxide fuel cell (SOFC) is an electrochemical device that converts the chemical energy present in reactant fuels into electrical energy and heat. Such conversion is given by the electrochemical reactions that occur inside the fuel cells when the reactant gases reach the so-called Three-phase Boundary (TPB). However, before the reactant gases can reach the TPBs, they have to pass through an anisotropic layered material in which the fluid behavior is not easy to explain. The purpose of this paper is to obtain a detailed behavior of the fluid flow through a modeled SOFC anode with gradient porosity using the Lattice Boltzmann method (LBM). Three different modeled SOFC anodes are analyzed keeping the porosity as a constant value, but varying the void space distribution in the flow direction. Results show that the an decreasing porosity in the flow direction can offer more possibilities for reactant gases to get easily the TPB; and therefore, the reaction rate during the electrochemical reactions can be increased.
Resumen
La celda de combustible de oxido solido (SOFC) es un elemento electroquimico que convierte la energía química presente en el combustible reactante en energía eléctrica y calor. Tal conversión es dada por las reacciones electroquimicas que ocurren dentro de las celdas de combustible cuando los gases llegan a las llamadas fronteras de tres fases (TPB). Sin embargo, antes de que los gases reactantes lleguen a los TPBs, tienen que pasar a través de una capa de material anisótropo en el cual el comportamiento del fluido es dificil de explicar. El objetivo de este paper es obtener un detallado comportamiento del fluido a través de anodos modelados de SOFCs con porosidad variables usando el método de Lattice Boltzmann (LBM). Tres anodos diferentes fueron analizados manteniendo la pososidad constante, pero variando la cantidad de poros en la dirección en la que fluye el fluido. Resultados muestrasn que un decremento en la porositya en la dirección del fluido puede ofrecer mas posibilidad para que los gases reactantes lleguen facilmente a los TPBs, y por lo tanto, la tasa de reacción pueda ser incrementada.
