论文摘要
中温型固体氧化物燃料电池（Intermediate Temperatures Solid Oxide Fuel Cell,IT-SOFC）是一种将碳氢化合物的化学能通过电化学反应转化为电能的最有效的装置,近年来其在清洁、高效分布式发电领域中越来越受到人们的重视。平板式固体氧化物燃料电池（p SOFC）具有低消耗、功率密度高、工艺简单等优点引起了世界范围内的普遍关注,因而是国内外发展的焦点。但需要高温下防止燃料气和氧气在燃料电池工作时混合,并使燃料电池堆与外界空气隔离,这就要求燃料电池堆的封接材料具有良好的气密性、绝缘性、热稳定性及化学稳定性等。因此,封接成为限制平板式SOFC发展的技术难点之一。本论文以中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）技术为背景,研究开发能够满足平板式IT-SOFC密封要求的封接材料。本文中优化设计硼酸盐封接玻璃配方,探讨组成对玻璃形成机理的影响,结合相图,初步确定硼酸盐封接玻璃的形成区间。测定硼酸盐封接玻璃的特征温度,确定封接玻璃的封接温度,探讨组成对封接温度、化学稳定性和封接性能的影响。系统研究了BaO-Al2O3-B2O3-SiO2体系封接材料应用于一般作为SOFC阳极材料Ni-8YSZ的结合特性和润湿性能,并讨论各组分对玻璃的热化学性能、晶化行为以及微晶玻璃显微结构的影响,以制备出在pSOFC工作温度650-900℃合适的密封胶。通过研究热循环测试后玻璃和阳极材料Ni-8YSZ裂缝界面间的热膨胀失配估计热稳定性。在燃料电池工作温度持续100h后玻璃和阳极材料Ni-8YSZ界面反应点面来研究化学稳定性。所制备的AC1玻璃封接材料球磨5h后,对应的粒径分别在0.61μm和2.9μm附近,在相应的累积曲线中99%以上小于9μm。经800℃热处理之后的阳极材料Ni-8YSZ微晶玻璃的主晶相为六方钡长石（BaAl2Si2O8）及少量的硅酸钡相（BaSiO3）,具有较高的热膨胀系数和较好的电绝缘性能。AC1玻璃封接材料的热膨胀系数（TEC）为11.25×10-6K-1,与阳极材料Ni-8YSZ的热膨胀系数12.03×10-6K-1相接近,基本符合IT-SOFC对玻璃封接材料的要求。封接材料玻璃的电阻随温度升高而减小,在650-800℃之间,阻抗值均在104-105Ω.cm2范围内,离子跃迁活化能为101.38 kJ/mol,说明封接材料玻璃粉具有相当好的绝缘性能,符合IT-SOFC对封接材料的绝缘性要求。高温浸润性能研究表明,AC1玻璃封接材料可适用于IT-SOFC对阳极材料Ni-8YSZ封接。采用流延法制备出宽大平整的微晶玻璃材料。
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标签：固体氧化物燃料电池论文; 封接材料论文; 微晶玻璃论文; 热稳定性论文;