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在21世纪的今天,能源和环境给人类带来越来越大的压力,作为新型高效的洁净能源,燃料电池发电技术在世界范围内引起了普遍关注,其中固体氧化物燃料电池(SOFC)的高效率是其他任何一种燃料电池所不可比拟的,平板式固体氧化物燃料电池由于功率密度高,生产成本低,已经成为国内外SOFC发展的焦点,封接材料和封接技术是保证平板式SOFC中燃料气体与氧化气体安全隔离,确保SOFC正常工作的关键之一。目前发展的封接材料主要集中在玻璃-陶瓷类材料上。本课题在研究了各种玻璃-陶瓷封接材料的发展状况及存在问题的基础上,对BaO-CaO-Al2O3-B2O3-SiO2-La2O3体系的玻璃陶瓷封接材料进行了系统深入的研究和阐述。 由于固体氧化物燃料电池在800℃～1000℃高温下工作,并且密封材料直接与电池元件如阴极、阳极、电解质和连接体相接触,对封接材料在热性能、稳定性、气密性、电导率等方面的要求都很严格,因此,对玻璃陶瓷封接材料的组成、含量、及其制备工艺都有严格要求。本课题采用熔融法制备无定形态的玻璃,经球磨分级后,得到可用的封接玻璃粉。 本课题进行了大量的配方筛选实验,对BaO-Al2O3-La2O3-SiO2(BAS)体系、 CaO-Al2O3–SiO2(CAS)体系、 SrO-B2O3-Al2O3-SiO2(SAS)体系及BaO-CaO-Al2O3-B2O3-SiO2-La2O3(BCAS)体系玻璃陶瓷封接材料进行了制备和密封实验研究,实验表明,编号为BCAS551的配方为可用的封接材料,采用差热分析,热膨胀系数,X-射线衍射分析,扫描电子显微镜,电子探针显微等分析及能谱等测试方法对BCAS551密封材料的性能进行了测试分析,结果表明,该体系密封材料玻璃转变温度为643℃,开始析晶温度为786℃,在电池工作温度800℃时,热膨胀系数为10.8×10-6K-1,与其它电池元件匹配性良好,并且与电池的粘接性良好,在燃料电池的工作温度下热处理达100h时,密封胶与电池元件的界面无裂缝产生,并且界面反应层不超过10μm,可以满足固体氧化物燃料电池的对密封要求。 实验中对固体氧化物燃料电池封接材料的封接工艺进行了研究,最后确定封接玻璃烧结密封的温度为850℃,在850℃热处理1h,使之形成微晶玻璃密封,在800℃密封性能良好。最终确定BaO-CaO-Al2O3-B2O3-SiO2-La2O3体系的玻璃陶瓷封接材料可以作为SOFC的封接材料。