PDF《中温固体氧化物燃料电池微晶玻璃密封材料的研制》

Development of the Sealing Materials for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells Ling-zhi Fan1 , Ji-gui Cheng2 , Qiu-mei Jiang3 1,2,3 School of Material science &

Engineering, Hefei University of Technology, Hefei,China Email:jgcheng63@sina.

com, [email protected] ? Abstract: B2O3-BaO-Al2O3 sealing materials for intermediate temperature solid oxide fuel cells( IT-SOFC) were prepared by the high temperature melting method. The expansion coefficient of B2O3-BaO-Al2O3 sealing materials with different compositions was studied. The content of SrCO3, 4.95mol%, La2O3 6.00mol %, Al2O3. 9.89mol %, B2O3 39.58mol % , NiO 4.95mol %(CTE=9.17*10-6 K-1 20-600) has a well adaptability with YSZ electrolyte. DTA analysis showed that the transition and crystallization temperature was

578 ℃and

609 ℃respectively, but for the soften temperature was

630 ℃. The glass ceramics which had a low rate of weight loss (1.64%) in wet hydrogen atmosphere at 600℃ for

50 hours showed a very good thermal stability. SEM found that the glass bonded well with the YSZ and stainless steel with no clear reaction layer after heat treated at 700℃ for 2h and kept at 600℃ for 10h. The result proved that the obtained B2O3-BaO-Al2O3 sealing materials possess favorable sealing effect. Keywords: SOFC;

glass ceramics;

sealants;

CTE;

Chemical stability ? 中温固体氧化物燃料电池微晶玻璃密封材料的研制 ? 范凌志1 ,程继贵2 ,蒋秋妹3 1,2,3 合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥,中国,230009 Email:[email protected], [email protected]? 摘要:采用高温熔融法制备了应用于中温固体氧化物燃料电池( IT-SOFC) 密封的B2O3-BaO-Al2O3 体系微晶玻璃.实验测定摩尔百分组分为SrCO3 4.

95、La2O3 6.00 、Al2O3 9.

89、B2O3 39.58和NiO 4.95 时的玻璃的热膨胀系数为9.17*10-6 K-1 (25-600 ) ℃ ,与YSZ电解质有良好的匹配性;

差热分析结果测试 表明该试样的玻璃转变温度在578 , ℃ 结晶温度在609℃,玻璃软化点约在630℃.所制备的玻璃在600℃ 时于湿氢气气氛中加热50h后失重率为1.64%,表明其具有良好的热化学稳定性.上述微晶玻璃分别与 YSZ及不锈钢板在700℃烧结2h,再在600℃保温10h后,SEM 观察界面粘附性好且无明显反应层,表 明该组分微晶玻璃的密封效果良好. 关键词: 固体氧化物燃料电池;

微晶玻璃 ;

密封材料;

热膨胀系数;

化学稳定性

1 引言固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC) 是可以将燃料的化学能直接转化为电能, 由于其能量转 换率高、环境友好和可靠性高等特点,被称为

21 世纪 的绿色能源装置之一[1,2] .平板式 SOFC 以其高功率密 度、低生产成本、结构灵活及工艺简单等优点,一直是 实用化 SOFC 研制开发的主要对象[3] .虽然近些年来平 板式 SOFC 的开发已经取得了明显的进展, 但如何解决 其密封问题仍是制约平板式 SOFC 实用化的主要技术 难点[4] . SOFC 密封材料需具有良好的电绝缘性和化学稳定 性,与其他相邻电池组件相匹配的热膨胀性能,以及高 的抗热震性等. 目前平板式 SOFC 密封材料研究的重点 集中于玻璃-微晶玻璃和云母等材料[5] .其中玻璃-微晶 玻璃密封材料具有易于规模制备、封装简单、成本低廉 等优点,被广泛研究与采用[6] .玻璃-微晶玻璃密封材料 包括硅酸盐体系、硼酸盐体系和磷酸盐体系等.磷硅酸 盐微晶玻璃由于其低的热膨胀系数导致其在密封过程 承受较大应力而失效;