中溫固體氧化物燃料電池關(guān)鍵材料研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、操作方便、對環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn).適用于大、中、小型電站以及移動式電源,是舉世公認(rèn)的二十一世紀(jì)綠色能源.論文以發(fā)展中溫固體氧化物燃料電池技術(shù)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(tǒng)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(jī)械性能.實(shí)驗(yàn)采用水淬快速冷卻技術(shù)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)密封性能.但其電阻率比較小(Na<'+>離子導(dǎo)電),限制了它在電池堆上的應(yīng)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(jié)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(jìn)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(shí)使熱膨脹系數(shù)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(shù).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(jié)性和良好的氣密性.25-500℃范圍內(nèi)的平均熱膨脹系數(shù)為11.64×10<'-6>/K,近似于SDC的熱膨脹系數(shù).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(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)能力和良好的氣體密封性.25-500℃其平均熱膨脹系數(shù)為10.55×10<'-6>/K,700℃電阻率仍在10<'5>Ω*cm以上.結(jié)果表明L