固体氧化物燃料电池（SOFC,Solid Oxide Fuel Cells）是以高效、清洁和安静的方式将气化材料的化学能直接转换为热能和电能的新型发电装置,具有能量转化效率高、零污染、全固态结构、燃料适用范围广等优点。本文采用数值模拟的方法对阳极/阴极扩散层和催化层的结构与孔隙率进行了设计和优化,以提高电池的极限电流密度和输出功率,改善气体浓度分布以及流场内的传质协同性。首先,研究了相同总扩散层厚度下,阴极和阳极厚度之比对电池性能的影响,发现对称型SOFC具有最高的功率密度和电流密度。在气体扩散层平均孔隙率不变的前提下,研究了沿着阴、阳极流道方向、横向以及扩散层厚度方向布置线性梯度孔隙率等对阳极支撑型SOFC性能的影响。结果表明,阴极扩散层厚度方向线性梯度孔隙率优化效果显著,流道侧具有更大的孔隙率,优化后最大电流密度和最大功率密度分别提升了5.28%和7.29%。结合场协同理论可知孔隙率优化后电池传质协同角显著增加,说明氧气从流道侧向催化层扩散的能力得到提高,从而减小了浓差极化,提高了极限电流密度。而后,在催化层平均孔隙率不变的前提下,通过调节孔隙率和催化剂比率研究了沿着SOFC阴极催化层厚度方向线性梯度孔隙率的SOFC性能,其最大电流密度和最大功率密度较优化前分别提升了9.59%和12.45%;进一步地,SOFC催化层厚度方向二次函数孔隙率可以使电池的最大电流密度和最大功率密度提升10.16%和13.41%;结合场协同理论发现优化后流场内氧气速度与氧气质量分数梯度方向趋于一致,传质能力得到提升,从而提升了电池性能。