在能源问题日益凸显的今天,固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)被认为是一种新型高效的清洁能源转换装置,逐步成为21世纪新能源发展的重点。本文研究的对象为应用范围较广的平板式SOFC,基于COMSOL有限元软件建立了多个SOFC多物理场耦合模型,从电化学,稳态热应力,长期热力学性能等方面进行全方面多结构的研究,其具体内容如下:在电池性能研究方面,建立了一个包括电化学、多物质传递和气体流动与扩散的多物理场模型,讨论了顺流、逆流和交错流对电池性能及内部物质分布的影响,在确定了入流形式和工作电压的范围后,对三种构型的SOFC进行了电化学分析,比较连接体形式改变后对燃料电池各性能指标的影响,最后发现圆形和弓形流道设计的SOFC输出性能比传统SOFC有了较大提高。在单程流道优化的基础上提出了一种多程流道优化模式,最后通过对比传统结构发现,流道和连接体肋板的重排布能在一定程度上降低接触电阻和欧姆损耗,优化电流密度分布,进而提高电池的输出功率。在电池稳态热应力研究方面,在建立的电化学模型基础上,添加了弹性本构再与温度场的耦合进行电池稳态热应力的分析,同时改进了弓形流道配置以获得更好的热力学性能。最终发现结构优化后的SOFC构型电池输出性能不仅没有降低,在部分工作电压区甚至有着更高的输出功率,并有效减少了连接体中的应力危险区域,在电池整体的应力分布上也更加地均匀,有效提高了结构的抗失效能力并延长电池的使用寿命。在电池的长期热应力性能研究方面,在稳态热应力的研究基础上,添加了蠕变理论模型进一步耦合,研究燃料电池在较长时间尺度内发生的高温蠕变现象。最终发现蠕变产生的应力水平相对于稳态热应力水平而言较小,但产生的等效蠕变应变却比稳态热应变要大得多,这说明在SOFC的长期运行过程中,失效模式从应力破坏向应变破坏进行转变,从而对SOFC展开长期力学性能研究或者寿命预测及蠕变分析是必不可少的。