氢能因其绿色、高效和应用范围广的特点受到世界各国越来越多的重视,但是氢气易燃易爆且需高压存储,储运成本十分高昂。氨能量密度高、易液化存储与运输、本质安全性高、不含碳元素无用户终端碳排放并且氨作为最重要的大宗化学品之一其产业基础十分成熟。因此将氨作为一种清洁高效的储氢载体,从理化和产业上都将具有十分独特的优势,可以较好地应对当前氢气储运的痛点问题。固体氧化物燃料电池（SOFC）的反应温度高、热电联用效率高、全固态结构且燃料使用范围广,十分合适用将氨直接作为其燃料。在SOFC的结构中,管式SOFC由于反应面积大,机械强度高、启停速度快、密封相对简单,具有较高抗热震性,可以较好的适用于直接氨固体氧化燃料电池（DA-SOFC）。但是在管式直接氨电池内涉及了氨催化分解、氢气的电化学氧化以及各种传递之间的复杂耦合问题。因此为推进DA-SOFC的应用就需要较好地理解管式DA-SOFC内部的质量、热量、电荷传递和化学反应以及电化学反应的耦合机制。本文采取实验测试与数值模拟结合的方法开展管式直接氨燃料电池的反应特性研究。首先在不同温度下在NH3、H2和75%H2+25%N2氛围下进行了详细的电化学性能测试。从管式实验结果来看,DA-SOFC的电化学性能和开路电压下（OCV）氨分解率都随温度的升高而提升,且管式DA-SOFC和管式氢SOFC（H2-SOFC）之间的电化学性能也越来越接近。600 oC时,使用H2和NH3作为燃料,SOFC的功率密度分别为284 W m-2和132 W m-2。随着操作温度提升至750 oC,最高功率密度分别可达到1982 W m-2和1813 W m-2,DA-SOFC已经达到以H2为燃料的SOFC约92%的电化学性能。在实验测试的基础上,建立了管式SOFC二维多尺度热电模型,用于预测电池内部的物理和化学变化,以加深对DA-SOFC反应特性的认识。使用了该模型详细分析了工作温度、操作电压、入口气体组分和流量对DA-SOFC的性能影响。操作温度的升高和操作电压的降低可加快氨分解反应速率,提高电池温度,可以促进DA-SOFC的电化学性能提升;合理降低入口氨气流量可使DA-SOFC的氨催化分解反应与H2电化学氧化反应相匹配,有利于氢原子利用率和电效率的提高。同样,入口氨摩尔分数的降低,也可使氨的催化分解与电化学反应耗氢相匹配,同时提高了DA-SOFC的氢原子利用率和电效率。最后,针对对操作条件和管式单元几何结构进行协同优化:在750 oC下,在入口流量为35 sccm,电压为0.4 V时,管式DA-SOFC输出功率提升至2.8 W;在入口流量为17 sccm,电压为0.7 V时,管式DA-SOFC发电效率提升至53.4%。