在“双碳”背景下,我国已将燃料电池技术列入十四五能源领域科技创新规划中。氢气作为燃料电池的理想燃料在制备、运输和储存方面都面临着许多挑战。与氢气相比,甲醇具有来源广泛及储存运输方便的优势。因而直接使用甲醇为燃料的固体氧化物燃料电池（简称甲醇SOFC）受到了各国学者越来越多的关注。然而,积碳问题阻碍了甲醇SOFC的发展。本文针对直接甲醇管式SOFC的积碳问题设计了一种多孔内管结构,并对其进行了详细的探讨。本文的主要内容如下:（1）首先分析了传统管式SOFC在直接使用甲醇燃料时的积碳原因以及积碳区域,发现反应积碳活性最强,阳极顶部为积碳最严重区域,最大积碳活性为745681。针对传统管式SOFC积碳原因,本文提出了多孔内管管式SOFC。部分甲醇直接通过多孔结构进入阳极参与反应,进而降低了阳极顶部甲醇浓度及CO分压,并提升该区域的温度,所以有效缓解该区域积碳活性过高的问题,最大积碳活性降低了99%。（2）虽然甲醇热解不产生积碳,但是甲醇热解生成的CO会引起积碳。因此可以调整甲醇在阳极表面的分布改变SOFC阳极积碳活性。很显然,多孔结构孔隙率、内管壁厚、内管内径、多孔结构长度对甲醇在阳极表面的分布具有重要影响。因此本文分别研究了多孔结构孔隙率、内管壁厚、内管内径、多孔结构长度对积碳活性和电池性能的影响,然后采用正交实验法对以上参数进行了组合优化,寻找出了最佳防积碳能力的设计方案为,L=60mm、W=1 mm、R=1.7 mm、=0.5 mm,其最大积碳活性为67.2,输出电流密度为8159.2 A/m~2。（3）为了实现燃料电池余热的高效利用,以防积碳最佳SOFC设计方案为基础,结合工业流程软件Aspen Plus,构建SOFC尾气余热回收利用的燃料电池系统流程模型。将SOFC排放的高温燃料尾气和空气尾气用于入口燃料和空气的预热,以寻求系统的热平衡和实现系统效率最大化。研究发现甲醇SOFC系统能否利用尾气余热把燃料和空气加热到SOFC入口的设定温度与其工作电压、甲醇流量和空气流量息息相关。当工作电压为0.6 V时,电池输出功率和系统净功率均能达到最大值。