【摘 要】
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固体氧化物燃料电池（SOFC）作为新型的清洁能源转换装置,其性能与封接等方面的问题一直是国内外研究的重点。其广泛应用主要受到以下两方面的难题制约:不锈钢连接体中Cr元素的含量较高,在高温服役的环境中易以气相的形式从不锈钢的表面逸出,致使电池的性能下降;目前常用的封接方法在长期服役条件下的稳定性表现不足以使SOFC大规模推广应用,需要开发新的连接方法或工艺。本文以Mn O粉、Co粉为原料通过在空气中
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固体氧化物燃料电池（SOFC）作为新型的清洁能源转换装置,其性能与封接等方面的问题一直是国内外研究的重点。其广泛应用主要受到以下两方面的难题制约:不锈钢连接体中Cr元素的含量较高,在高温服役的环境中易以气相的形式从不锈钢的表面逸出,致使电池的性能下降;目前常用的封接方法在长期服役条件下的稳定性表现不足以使SOFC大规模推广应用,需要开发新的连接方法或工艺。本文以Mn O粉、Co粉为原料通过在空气中直接烧结的方法制备出锰钴尖晶石粉末,研究了二者的比例对烧结产物的影响,选择两种单相成分的尖晶石粉末用于后续不锈钢Crofer22H表面保护层的制备,按照其晶体结构简记为Tet相与Cub相;在1100℃保温30min的条件下使用微波烧结的方法在Crofer22H表面制备出厚度约10μm、致密度高的锰钴尖晶石保护层,并对其进行高温氧化测试,结果表明在氧化过程中Cub相的尖晶石涂层能够更好地阻止Cr元素向外扩散;对带有两种不同尖晶石保护层的Crofer22H进行面比电阻测试,得出结论带有Cub相尖晶石保护层的不锈钢电阻更低,更适合应用于SOFC。采用G018玻璃钎料实现了YSZ陶瓷与带有锰钴尖晶石涂层的Crofer22H的连接。通过DTA、XRD测试确定了G018钎料的析晶过程,并由此确定了连接进行的温度区间;对典型接头进行了SEM、EDS以及TEM分析,可确定玻璃钎料与两侧母材通过非晶相结合;研究了连接工艺对于接头的微观形貌与抗剪强度的影响,确定最佳的连接工艺参数为825℃、保温30min,此时得到的接头抗剪强度最高,为37.93MPa;研究最佳参数下得到的连接接头在780℃下保温50h、100h、150h和200h后接头的组织与力学性能的变化,结果显示纯玻璃连接在长期处于高温氧化环境中时会出现严重的析晶现象,使接头的性能下降。向G018中加入Ag中间层作为增强相用于连接YSZ/带有涂层的Crofer22H,观察其对接头组织与性能的影响。当加入厚度逐渐增加的Ag箔作为中间层时,接头强度先升后降,在加入厚度60μm的Ag箔时接头强度最高,但提升效果并不显著;随后采用泡沫Ag作为中间层加入G018中进行连接,在各个温度下得到的接头强度均有明显的提升;通过对接头界面组织的分析阐明了泡沫Ag对接头的强化机理,并对连接接头进行200h的氧化测试,结果表明泡沫Ag的加入对于接头的抗氧化性起到了一定的提升作用。
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