平板式SOFC中Al2O3基陶瓷纤维复合密封材料的性能研究和优化

摘要

固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种高效、环保的新型能源拥有广泛的应用前景。密封技术作为整个 SOFC技术中非常重要的环节，直接制约其商业化进程。本文针对Al2O3-Al密封材料的成型工艺进行了创新，并开创出一种密封浆料和流延带联合密封的形式。在 Al2O3-Al密封材料基础上，添加陶瓷纤维成功制备了Al2O3基陶瓷纤维复合密封材料。
　　通过粘度测试，得到最佳流动性能的密封浆料。模拟电堆中的实际工作情况，对Al2O3-Al流延带和浆料的联合密封进行了密封性能测试，所得结果优于单纯密封流延带的密封性能。对密封材料的电阻率进行了测试，结果表明该体系密封材料满足实际应用中的绝缘要求。基于Al2O3-Al的联合密封，成功应用于单电池性能和抗衰减测试，说明这种联合密封的可用性。
　　改进原有流延工艺，制备出纤维含量为10~50wt％的Al2O3基陶瓷纤维复合密封材料。对其进行不同通气压力下的漏气率测试，测试后通过对曲线线性拟合得到纤维含量为20%的密封材料拥有最佳单位压强漏气率，为0.0025sccm·cm-1·psi-1。在0.2MPa附加载荷、1psi通气压力下对20%纤维含量的密封材料进行了升温过程中的气密性测定，之后又在750oC进行了3000min的长时间测试，并进行了10次热循环测试，密封材料的漏气率始终保持在0.009~0.01sccm·cm-1。通过其它一系列的密封测试、物相分析和形貌观察，对20%纤维含量密封材料的性能、机理进行了深入的研究和分析。测试了陶瓷纤维复合密封材料的拉伸强度和不同附加载荷下的高温变形能力，表明随着纤维含量的增多，密封材料的力学性能会得到大幅的提升。通过界面相容性实验，证明密封材料与相邻组件间不发生反应且接触紧密。最后通过在5-单电池电堆中的成功应用，表明Al2O3基陶瓷纤维复合密封材料满足在SOFC中的使用需求。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 SOFC概述

1.3 SOFC密封材料的研究进展

1.4 研究背景和意义

2 Al2O3基密封材料的成型工艺及相关性能研究

2.1 实验

2.2 结果与分析

2.3 本章小结

3 Al2O3基陶瓷纤维复合密封的研究

3.1 Al2O3基陶瓷纤维复合密封的制备

3.2 Al2O3基陶瓷纤维密封材料性能测试

3.3 Al2O3基陶瓷纤维密封材料性能研究和分析

3.4 本章小结

4 全文总结

4.1 全文主要结论

4.2 本文创新之处

致谢

参考文献

附录