玻璃陶瓷复合密封材料在SOFC中的应用研究

摘要

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种坏境友好、高效的新型发电技术，尤其平板式SOFC成为了新能源的研究热点。虽然SOFC的研究已经取得了巨大进展，但高温密封问题仍然是制约其商业化的主要障碍之一。
　　玻璃-陶瓷密封材料由于具有良好的密封性能，使其在平板式SOFC中得到了广泛的应用。基于玻璃作为密封材料要与相邻组件热膨胀系数匹配的考虑，本文选择BaO2-CaO-SiO2-CoO玻璃体系作为界面密封材料，利用流延工艺制备玻璃-陶瓷基复合密封材料。在BCSC-Al2O3基体系密封材料中，根据漏气率测试、热循环测试结果与微观结构分析，发现BCSC-A10密封材料的综合性能最佳。在750℃、加载压力0.17Mpa、通气压力20.4kPa时，漏气率低至0sccm/cm，并且经历15次热循环后仍能保持0sccm/cm的漏气率。通过对高温热处理后的密封材料进行物相分析及界面相容性测试表明，BCSC-A10密封材料具有良好的高温稳定性和界面结合状态。BCSC-A10密封材料应用于SOFC单电池中，功率密度高达518mW/cm2，在恒定电流30A条件下稳定运行90h。
　　制备氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）含量为10~90wt％的玻璃陶瓷复合密封材料，对其进行不同通气压力下的漏气率测试，发现BCSC-Z10、BCSC-Z30、BCSC-Z50密封材料的漏气率在0.17MPa加载压力、750℃测试温度、通气压力20.4kPa时仍为0sccm/cm，由于玻璃在热处理后会发生析晶并且体积收缩，所以选择BCSC-Z50密封材料进行热循环稳定性测试，在经历15次热循环后，仍能保持优越的密封性能。对其进行装有5片单电池的电堆测试，测得开路电压为5.521V，最大输出功率可达332.5W，并且在40A恒定电流下，稳定运行120h，衰减幅度1%，表明BCSC-Z50密封材料可以满足电堆的使用。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 SOFC概述

1.3 密封材料概述

1.3研究背景和意义

2 实验

2.1 玻璃陶瓷复合密封材料的制备

2.2 密封材料热分析测试

2.3 密封材料气密性及热循环稳定性测试

2.4 密封材料与界面相容性测试

2.5 密封材料物相分析

2.6 密封材料与金属连接体/阳极支撑体的强度测试

2.7 单电池性能测试

3 BCSC-Al2O3基密封材料的研究

3.1 BCSC-Al2O3基密封材料的基本参数表征

3.2 BCSC-Al2O3基密封材料的气密性分析

3.3界面相容性分析

3.4 物相分析

3.5 BCSC-Al2O3基密封材料的抗拉强度分析

3.6 BCSC-Al2O3基密封材料单电池测试

3.9本章小结

4 玻璃-YSZ基密封材料的性能研究

4.1玻璃-YSZ密封材料基本参数表征

4.2 BCSC-YSZ密封材料的气密性分析

4.3 BCSC-YSZ密封材料的界面相容性分析

4.4 BCSC-YSZ基密封材料的物相分析

4.5本章小结

5 全文总结

5.1 全文主要结论

5.2 本文创新之处

致谢

参考文献

附录