平板式SOFC陶瓷玻璃復(fù)合密封材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種新型的發(fā)電技術(shù)，環(huán)境友好和高轉(zhuǎn)化效率的特點(diǎn)，使其成為能源研究的熱點(diǎn)。近年來，盡管對(duì)平板式 SOFC的研究已經(jīng)取得很大進(jìn)展，但高溫密封問題仍是制約其技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。
　　陶瓷-玻璃基密封材料在平板式SOFC中的應(yīng)用最為廣泛。本文通過密封材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將一種軟化溫度相對(duì)較低的玻璃粉添加到Al2O3粉料中，利用流延工藝制備陶瓷-玻璃基復(fù)合密封材料。依據(jù)漏氣率測試結(jié)果與微觀結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)玻璃含量為4

2、0wt％時(shí)的復(fù)合密封材料（AD40）具有比較優(yōu)異的密封性能，在750oC、加載壓力為0.17 MPa、通氣壓力為10.2kPa時(shí)，其漏氣率只有0.01sccm·cm-1。通過10次熱循環(huán)后，AD40的漏氣率基本保持不變。玻璃的結(jié)晶相分析以及界面相容性研究表明，AD40密封材料具有良好的界面結(jié)合狀態(tài)和高溫穩(wěn)定性。AD40密封材料應(yīng)用于大面積SOFC單電池，達(dá)到了0.7W·cm-2的功率密度，并在0.37A·cm-2的電流密度下實(shí)現(xiàn)了100

3、h的穩(wěn)定運(yùn)行
　　通過熱分析技術(shù)對(duì)氮化硼（h-BN）陶瓷的熱膨脹和高溫?zé)岱€(wěn)定性進(jìn)行了研究，并利用流延工藝制備了h-BN基密封材料。研究了其在650oC至800oC工作條件下的密封性能，當(dāng)通氣壓力為6.8kPa時(shí)，h-BN基密封材料的漏氣率低于0.01sccm·cm-1，并且隨著溫度的升高呈下降趨勢，即使通氣壓力高達(dá)20.4kPa，其氣密性仍遠(yuǎn)低于極限漏氣率0.04sccm·cm-1。在750oC條件下進(jìn)行10次熱循環(huán)測試，h-BN

4、基密封材料的密封性能并未出現(xiàn)衰減跡象。高溫條件下，h-BN陶瓷表面將氧化形成液態(tài)的B2O3膜，使密封材料與電池或金屬連接體之間形成強(qiáng)結(jié)合的界面層，從而可以消除相鄰組件之間的界面氣體泄漏。為了進(jìn)一步提高h(yuǎn)-BN基密封材料的綜合性能，將不同比例的玻璃粉添加到 h-BN中構(gòu)成陶瓷-玻璃復(fù)合密封材料，通過密封性能以及微觀形貌分析，確定玻璃含量為50wt%（h-BN-G50）時(shí)最優(yōu)。在溫度為750oC、通氣壓力為6.8kPa條件下進(jìn)行10次熱循環(huán)