中溫固體氧化物燃料電池關鍵材料研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池具有能量轉換效率高、操作方便、對環境友好等諸多優點.適用于大、中、小型電站以及移動式電源,是舉世公認的二十一世紀綠色能源.論文以發展中溫固體氧化物燃料電池技術為背景,研究適合于中溫(500-800℃)操作的陰極材料和電池堆密封材料.論文首先從傳統的玻璃Na<,2>O-SiO<,2>-B<,2>O<,3>玻璃入手,采用添加Al<,2>O<,3>的辦法抑制玻璃的晶化,添加CaO來提高機械性能.實驗采用水淬快速冷卻技術制備N

2、a<,2>O-CaO-SiO<,2>-B<,2>O<,3>-Al<,2>O<,3>玻璃密封材料粉體.實驗結果顯示,該體系玻璃材料與電池元件(如YSZ、SDC和不銹鋼)具有良好粘結密封性能.但其電阻率比較小(Na<'+>離子導電),限制了它在電池堆上的應用.若在Na<,2>O-CaO-SiO<,2>-B<,2>O<,3>-Al<,2>O<,3>體系中添加5-10wt﹪的自由Al<,2>O<,3>(第二相),其粘結密封性能基本不變,但可一定

3、程度地提高了它的電阻率.所以,添加5-10wt﹪的自由Al<,2>O<,3>后,Na<,2>O-CaO-SiO<,2>-B<,2>O<,3>-Al<,2>O<,3>玻璃陶瓷可以用作單電池性能測試的密封材料.為了獲得適合于電池堆密封使用的密封材料,又對BaO-SiO<,2>-B<,2>O<,3>玻璃體系進行了研究.在BaO-SiO<,2>-B<,2>O<,3>玻璃中添加適量的Al<,2>O<,3>后,可以提高該體系的玻璃化溫度和玻璃的軟化

4、溫度,同時使熱膨脹系數降低.另外,添加適量的Y2O3和La2O3也可以降低該體系的熱膨脹系數.Y<,2>O<,3>-BaO-SiO<,2>-B<,2>O<,3>-Al<,2>O<,3>玻璃與電池元件(YSZ、SDC和不銹鋼)有很好的粘結性和良好的氣密性.25-500℃范圍內的平均熱膨脹系數為11.64×10<'-6>/K,近似于SDC的熱膨脹系數.700℃的電阻率大于10<'4>Ω*cm,符合電池堆密封材料電阻率的要求.實驗結果表明,Y

5、<,2>O<,3>-BaO-SiO<,2>-B<,2>O<,3>-Al<,2>O<,3>玻璃符合固體氧化物燃料電池堆密封劑的性能要求,用于550-600℃操作的電池堆.La<,2>O<,3>-BaO-SiO<,2>-B<,2>O<,3>-Al<,2>O<,3>玻璃與燃料電池堆元件同樣具有很好的粘結能力和良好的氣體密封性.25-500℃其平均熱膨脹系數為10.55×10<'-6>/K,700℃電阻率仍在10<'5>Ω*cm以上.結果表明L