Cu摻雜MnCo2O4涂層對SOFC金屬連接體表面改性研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFCs)的工作溫度由高溫階段向中溫階段（600oC-800oC）的發(fā)展，使得金屬材料作為連接體成為了可能。鐵素體不銹鋼（Fe-Cr合金）由于其優(yōu)異的綜合性能而受到廣泛研究，成為最具發(fā)展?jié)摿Φ闹袦?SOFCs連接體材料。然而，F(xiàn)e-Cr鐵素體不銹鋼在長期運行過程中仍存在一些問題，包括Cr毒化導致的性能衰退，抗氧化能力不足，表面氧化層的增厚和剝落引起的電阻的增加等。目前可在金屬連接體表面添加保護涂層來解決以上問題。在

2、眾多的涂層中，Mn-Co尖晶石涂層具有很好的導電性，與Fe-Cr合金相接近的熱膨脹系數(shù)，有效的阻止Cr元素擴散等優(yōu)點，被認為是最具研究發(fā)展意義的一種涂層。
　　為了降低 Cr毒化導致陰極性能衰減的速率、提高合金抗氧化性和減小界面電阻帶來的損耗，本論文采用廉價而不含Cr的新型尖晶石材料對鐵素體不銹鋼SUS430的表面進行保護。本實驗研究發(fā)現(xiàn)MnCu0.5Co1.5O4尖晶石材料在750oC空氣氣氛中的電導率為105.46 S?cm-

3、1，從室溫到950oC的平均熱膨脹系數(shù)為12.27x10-6 K-1，具有很好的導電性能和與基體合金SUS430相似的熱膨脹性，其被選為本實驗中用于改善SUS430的保護涂層材料。隨后，在模擬的SOFCs工作環(huán)境下，對涂覆了MnCu0.5Co1.5O4涂層的SUS430分別進行在陰極和陽極氣氛下750oC長期循環(huán)氧化性能測試，并對試驗中的樣品結構形貌、氧化動力學、電導率等進行了研究。
　　結果顯示：在陰極氣氛下循環(huán)氧化2000小時

4、后，MnCu0.5Co1.5O4尖晶石涂層依然能夠保持氧化前的尖晶石相結構，而涂層在陽極氣氛中氧化1000小時中，涂層存在一個快速的相演變過程，會迅速還原分解成MnO、Cu和Co。形成的致密保護性涂層在兩種氣氛下都能夠有效阻止 Cr的遷移和擴散，從而阻礙 Cr2O3的生長和MnCr2O4的形成。MnCu0.5Co1.5O4尖晶石涂層保護的SUS430在陰極氣氛下的長期氧化特性能夠很好的符合拋物線定律，且具有相當?shù)偷难趸俾蔏p為2.76

5、x10-15 g2·cm-4·s-1和面比電阻（ASR），其值在750oC時為8.04 mΩ·cm2。在陽極氣氛下長期氧化時，涂層合金由于還原分解而導致氧化動力學行為不符合拋物線定律，其長期氧化后的單位面積氧化增重（Δm/A）為0.238 mg?cm-2，形成的氧化膜的ASR在750oC為172.40 mΩ·cm2，還原分解產生高電阻率的MnO和氫缺陷是導致ASR增大的主要原因之一。
　　總的說來，MnCu0.5Co1.5O4尖晶