玻璃和云母复合封接SOFC电池堆性能

封接技术是影响平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)发展的关键技术之一。实验中用云母和Bi2O3-BaO-SiO2-RxOy(R=K,Zn,Al2O3,etc.)玻璃复合,将电解质(氧化钇稳定氧化锆,YSZ)支撑的电池和金属连接体(SUS430不锈钢)封接在一起,对封接后电池堆的封接性能和开路电压以及各组元热膨胀性能进行测试。结果表明:云母在室温到720℃的平均热膨胀系数为8.5×10-6 K-1,Bi2O3-BaO-SiO2-RxOy玻璃20℃到520℃的平均热膨胀系数为11.0×10-6/K,与YSZ和金属连接体匹配。云母的层状结构可以缓解因热膨胀系数不同而产生的应力,在高温状态下云母还能起到固定软化玻璃的作用。通过气密性和电性能测试,在电池堆工作状态下气密性良好,在操作温度为800～900℃下运行28小时,电池堆的开路电压(OCV)维持在1.0V以上,复合封料及其两边材料中的元素没有明显扩散。因此,云母和玻璃Bi2O3-BaO-SiO2-RxOy复合封接技术可适用于高温SOFC的封接。

氧化锆复合Bi_2O_3-BaO-SiO_2-R_xO_y玻璃封接材料性能研究

在玻璃中复合脊性骨料是固体氧化物燃料电池(SOFC)封接材料研究热点.实验选定在Bi2O3-BaO-SiO2-RxOy(简记为BiBaSi)玻璃体系中复合10wt%～30wt%的ZrO2颗粒来改善玻璃在高温下的封接性能.结果表明,ZrO2复合BiBaSi玻璃后,复合体系热膨胀系数略有增大;随着ZrO2含量增多,复合封料适宜使用温度逐渐提高,从基体BiBaSi玻璃的720℃到BiBaSi-10Zr、BiBaSi-20Zr、BiBaSi-30Zr的780、860和900℃;氧化锆加入到基体玻璃中,一部分作为脊性骨料存在于玻璃相中,维持了高温封接要求的形状和尺寸;另一部分逐渐进入了玻璃网络中,促进玻璃结晶生成新的物相Bi4Si3O12;两种晶体相共存于玻璃相中,提高了复合体系封接的稳定性.通过改变氧化锆加入量,可以有效调控封接材料相关性能,满足SOFC封接要求.

表面改性剂在封接玻璃复合材料中的作用

利用高速行星式球磨机、激光粒度测试仪和抗拉强度测试仪等设备,研究了表面改性剂的引入对封接玻璃复合材料的性能影响,指出引入适量的硬脂酸盐、硅烷偶联剂等表面活性剂、偶联剂有利于填料封接玻璃的超细粉碎和复合材料的抗剪强度、抗压强度的提高。

平板式SOFC封接气密性测试研究

封接是平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)研究的热点和难点,目前对封接材料气密性的测试尚没有统一标准。介绍了一种SOFC气密测试装置并使用该装置进行玻璃与云母复合压缩密封的气密性测试,其中金云母与12#玻璃复合压缩密封的电池在800℃,压力为2.8×10~5Pa,内部气压在5～10 kPa时,得到电池的漏率在0.005～0.0075(cm^3·min^(-1))/cm。初步结论是在云母、玻璃、电解质和金属连接体形成的层状结构中,云母和玻璃的热膨胀系数越是接近电解质的热膨胀系数其封接效果越好。

氧化镁复合Bi_2O_3-BaO-SiO_2-R_xO_y玻璃封接材料性能

在Bi2O3-BaO-SiO2(BiBaSi)玻璃体系中,分别加入10%(质量分数,下同)、20%和30%MgO骨料制备用作封接材料的复合玻璃。用差热分析仪、扫描电镜和场发射扫描电镜对复合玻璃的热膨胀系数、物相和元素组成进行了分析。结果表明:MgO的加入在一定范围内调整了封接材料的热膨胀性能,提高了复合封料的使用温度;BiBaSi-10MgO在760℃长期使用呈现玻璃相与MgSiO3晶体相长期共存,而BiBaSi-20MgO和BiBaSi-30MgO分别在840℃和900℃长期使用呈现玻璃相与Mg2SiO4晶体相长期共存;通过MgO含量和温度的协同作用,调控了复合封料的结晶速率,获得良好的长期稳定性。