SOFC金属连接体材料的高温氧化和导电性能

以固体氧化物燃料电池(SOFC)金属连接体为研究对象,分析了SUS 430铁素体不锈钢和Haynes 230合金在阴极气氛(空气)中模拟SOFC的高温氧化行为。利用薄膜X射线衍射技术研究了合金氧化物的相组成及演化过程,通过扫描电镜观察分析了合金氧化物表面的微观形貌和厚度。结果表明,两种合金的表面均形成了多层氧化物,它们依次为基体/Cr2O3/MnCr2O4尖晶石相。两种氧化物相分别形成于不同的氧化动力学阶段。氧化动力学外推和氧化物面比电阻估算结果表明,两种合金的高温氧化和导电性能均可满足作为SOFC金属连接体的使用要求。

LaCoO_3涂层在SOFC金属连接体中的应用

通过溶胶-凝胶技术，在Fe-16Cr合金上施加LaCoO3导电涂层，研究了涂层对Fe-16Cr合金作为SOFC金属连接体的影响。利用X射线衍射和扫描电镜研究涂层和氧化物膜的结构和表面微观形貌。通过比较具有LaCoO3涂层的合金和Fe-16Cr合金之间的氧化动力学过程，发现在200～500h之间，具有LaCoO3导电涂层的合金和Fe-16Cr合金的抛物线常数分别为6．64×10^-10g^2／cm^4·s和6．62×10^-9g^2／cm^4·s，LaCoO3能有效地降低Fe-16Cr金属连接体的氧化速率，提高其高温导电能力。

中温SOFC金属连接体材料的氧化规律和导电行为

系统地研究了SUS430铁素体不锈钢在中温SOFC阴极气氛（空气）中的氧化动力学、表面氧化物特征以及表面氧化对导电行为的作用。通过750℃静态空气中的氧化实验得出氧化增重与氧化时间的动力学关系；采用“4点法”测量合金表面氧化膜的面比电阻（ASR）；利用XRD和SEM表征表面氧化物的相结构、微观形貌及成分。实验发现，氧化动力学符合抛物线规律，并呈现出多级氧化现象；所生成的表面氧化物主要为Cr2O3和MnCr2O4；表面氧化物的ASR与测量温度之间的关系满足Arrhenius方程，并且在600～700℃之间，其斜率发生改变。结合氧化过程中的阳离子扩散、氧化物形成热力学以及半导体的导电机理对多级氧化动力学机制、氧化物相形成规律以及面比导电行为进行了理论分析。在此基础上，对SUS430作为中温SOFC金属连接体材料的可能性做出了合理的评估。

固体氧化物燃料电池金属连接体研究中若干问题的探讨

以含Mn的固体氧化物燃料电池(SOFC)金属连接体Fe-Cr-Mn合金为研究对象,探讨了目前在研究过程中面比电阻理论,面比电阻实验测试和合金表面氧化物XRD谱分析中存在的几个问题.导出了正确的面比电阻公式,对氧化合金表面生成的氧化物相结构进行了深入探讨.

固体氧化物燃料电池(SOFC)用NiMoCr金属连接体氧化行为研究

金属作为固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体材料已成为可能并成为研究热点。本论文对SOFC用Ni-MoCr合金分别在SOFC阴极和阳极气氛条件下的高温氧化性能作了详细的研究。结果表明:阳极(燃料极)条件下氧化所形成的是MnCr2O4尖晶石;阴极(空气极)条件下氧化所形成的是不含Cr的致密NiMn2O4型尖晶石,能有效抑制Cr的挥发,降低阴极Cr毒化现象,并提高合金表面氧化物的导电性能。

涂层材料在固体氧化物电池金属连接体上的应用

系统地论述了应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体的各种涂层材料,总结了涂层在应用过程中存在的问题,并提出了建议。

固体氧化物燃料电池金属连接体保护涂层的制备方法概述

不锈钢合金是目前固体氧化物燃料电池(SOFC)常用的连接体材料,在使用过程中仍存在的主要问题是易被氧化;以及阴极侧Cr易扩散而导致阴极Cr中毒,致使电堆的电性能衰减过快。为解决上述问题,常在金属连接体表面添加致密的保护涂层。为得到成分均一﹑结构致密﹑厚度可控﹑导电性能良好且与基体结合牢固的涂层,很多方法可被采用。本文综述了SOFC金属连接体保护涂层的制备方法,将其分为物理法和化学法两大类。对各制备方法的工艺与性能之间的关系进行了讨论与比较,并提出了SOFC金属连接体保护涂层制备的主要问题和研究方向。

低温自蔓延法合成SOC金属连接体用锰钴氧化物

采用柠檬酸低温自蔓延法合成尖晶石锰钴氧化物(MnCo2O4)粉体,利用湿粉末喷涂在Crofer 22金属连接体上制备致密涂层,考察工艺条件对涂层的影响,用XRD、SEM分析涂层的相结构及形貌,并对电性能进行分析。在900℃下烧结的连接体涂层具有更好的性能,其在850℃时测得的面积比电阻(ASR)为6.5 mΩ·cm2。

SOFC金属连接体Mn-Co尖晶石防护涂层掺杂改性研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能量转换效率高、燃料适用范围广等优点,具有广阔的应用前景。由于SOFC工作温度较高(600-800℃),金属连接体长期服役过程中会发生严重的氧化和元素挥发,导致电池性能衰退,降低其使用寿命,故而需要对金属连接体进行防护。在现有的防护涂层材料中,Mn-Co尖晶石涂层能有效抑制金属连接体的氧化和Cr挥发,被广泛用于金属连接体防护,但其高温电导率需要进一步提升。掺杂改性是一种有效提高Mn-Co尖晶石电导率和防护性能的方法。围绕Mn-Co尖晶石掺杂元素和改性方法,详细介绍了SOFC金属连接体Mn-Co尖晶石防护涂层的研究进展。

固体氧化物燃料电池金属连接体保护膜层研究进展

随着固体氧化物燃料电池(SOFC)的工作温度从1000℃降低到600～800℃,铁素体不锈钢成为SOFC连接体材料的最佳选择,但在高温氧化气氛下,氧化层快速生长以及Cr的毒化问题使得电池堆性能大大降低。目前,主要的解决方式是在基体材料表面涂镀保护膜层和材料改性。前者由于生产简单、成本低成为当前研究热点。本文主要介绍金属连接体保护膜的分类和研究现状,并探讨各膜层材料的优缺点及发展前景。

金属连接体涂层材料MnCo_2O_4尖晶石的氧化动力学行为和电性能

采用溶胶-凝胶法在SUS 430合金表面制备Mn Co_2O_4尖晶石涂层,研究在固体氧化物燃料电池(SOFCs)阴极气氛下涂层对于SUS 430合金氧化动力学行为和电性能的效用.利用XRD,EDS和SEM对合金表面氧化物的相结构、表面和截面形貌以及成分进行表征,并采用四探针直流技术测量表面氧化物的面比电阻(ASR).结果表明,涂层合金在750℃空气中氧化1000 h形成2μm氧化物层,其主要由内层Mn-Cr尖晶石和外层掺杂的Mn-Co尖晶石构成;Cr_2O_3和Fe_2O_3的形成受到了抑制.氧化动力学曲线遵循抛物线规律,2段氧化速率常数分别为3.74×10^(-15)g^2/(cm4·s)(0~200 h)和7.06×10^(-15)g^2/(cm4·s)(200~1000 h),与无涂层SUS 430合金相比降低了1个数量级.在600~800℃范围内,氧化物层的ASR介于5.21~22.65 mΩ·cm^2范围内.Mn Co2O4涂层有效地增强了SUS 430合金的抗氧化能力和电性能.

固体氧化物燃料电池/电解池金属连接体涂层研究进展

可逆固体氧化物池(SOC)既可作为燃料电池(SOFC)发电,又可用作电解池(SOEC)制氢或合成气,用于清洁能源转换和存储。涂层制备技术对SOC电堆的发展尤为重要。本研究对SOC在不同操作模式下的工作环境进行了分析,对SOC电堆连接体可用的合金材料、涂层材料和涂层制备技术进行了综述。

涂层在固体氧化物燃料电池金属连接体中的应用

固体氧化物燃料电池工作温度的降低,使铁素体不锈钢用作连接体成为了可能。这类连接体具有热导率高、导电性能好、热膨胀性匹配等优点,但也存在一些问题,如高价Cr的挥发以及抗氧化性弱等。涂层可以改善铁素体不锈钢的相关性能。本文综述了稀土氧化物涂层、钙钛矿涂层以及尖晶石涂层的涂层类型和涂覆方法,比较了在金属连接体中的应用效果。

LaCoO3涂层对SUS 430合金连接体中温氧化行为的影响

通过溶胶-凝胶提拉法在SUS 430合金表面施加LaCoO_3钙钛矿导电涂层,并研究其对固体氧化物燃料电池(SOFC)金属连接体SUS 430合金中温氧化行为的影响.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)对施加涂层合金的氧化物相结构与微观形貌进行表征,并采用"4点法"测量施加涂层合金表面氧化膜的面比电阻(ASR).750℃空气中的循环氧化结果表明,施加LaCoO_3涂层合金的氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化速率常数K为4.18×10^(-15)g^2/(cm^4·s),比与未施加涂层合金降低了1—2个数量级;LaCoO_3涂层有效地抑制了Cr_2O_3相的形成,减缓了MnCr_2O_4尖晶石的生长.最终使得SUS 430合金的氧化抗力和氧化后的导电性得到增强.

LaCoO_3涂层对SUS430合金连接体的表面改性研究

采用溶胶-凝胶方法于900℃的烧结温度下在SUS430合金表面制得LSC涂层,对涂层的物相、表面和断面形貌进行了分析和观察,空气氛围中测试了SUS430/LSC样品的ASR值随温度的变化和800℃下的氧化增重。结果表明,制得的SUS430合金LSC涂层为单一的钙钛矿相;涂层致密、与基体结合紧密、厚度均匀;SUS430/LSC样品的ASR值随着温度的升高呈下降趋势,温度高于400℃时与SUS430合金的ASR值差别不大;SUS430/LSC的氧化增重速率低于SUS430合金,涂层改善了SUS430合金的高温抗氧化性能。

SUS430合金连接体在模拟SOFC阳极气氛下的氧化

研究了SUS430合金在模拟SOFC阳极气氛下高温氧化(750℃和850℃)500 h的氧化动力学及其表面氧化膜的形貌。利用SEM、EDS及XRD,分析了样品氧化膜的形貌、成分及晶体结构。在不同的氧化温度下,样品氧化动力学都具有阶段氧化特性;每一阶段都具有不同的Kp,都遵循Wagnar抛物线定律。在所有氧化膜中,Cr2O3为主要氧化产物,并都存在MnCr2O4尖晶石。当在850℃下氧化时,FeO也是主要的氧化产物,并有一定量的Fe分布于其中。

La_(0.8)Sr_(0.2)Mn(Fe)O_(3-δ)作为SOFC合金连接体系保护涂层的作用效果

工作温度在800℃以下的固体氧化物燃料电池可采用铁素体不锈钢SUS430（含Cr16％-17％（质量分数））作为连接体材料，然而不锈钢在高温下极易发生氧化形成Cr2O3和Fe3O4等尖晶石相化合物，从而大大地降低了电池的性能。本研究的主要目的是通过空气等离子喷涂（APS）La0.8Sr0.2Mn（Fe）O3-δ（LSM20）和La0.8Sr0.2Mn（Fe）O3-δ（LSF20）保护性涂层来降低合金的氧化生长速率，尤其是减少Cr2O3相的生长。采用XRD和SEM／EDX表征了氧化层的相组成和微观结构特征。在800℃空气中进行了热震实验，经50次循环，LSM20和LSF20涂层合金十分稳定，而SUS430合金氧化层表现出明显地剥落和失重现象。LSF20涂层具有明显的氧化增重速率慢，氧化后界面电阻低，能有效地抑制Cr向合金表面扩散等优点，在800℃空气中氧化1000h后，LSF20涂层合金的界面电阻比LSM20涂层合金的降低了23倍。

Mn-Co基尖晶石涂层在固体氧化物燃料电池连接体合金中的研究进展

金属连接体的氧化抗力和电性能是决定固体氧化物燃料电池(SOFCs)寿命的重要指标。近年来,一般通过尖晶石涂层表面改性来解决连接体合金氧化抗力不足、高面比电阻以及Cr挥发等问题。从合金基体预处理、涂层制备方法、烧结和工作气氛,以及涂层原子比调控和元素掺杂等方面总结了国内外Mn-Co基尖晶石涂层材料在连接体合金表面改性领域的研究工作。最后,展望了SOFC连接体尖晶石涂层的未来发展趋势。

Co-Mn-Co复合涂层沉积过程及其高温氧化导电性能研究

在固体氧化物燃料电池(SOFC)工作温度下,金属连接体氧化生成的铬化物易挥发,导致电池“阴极毒化”问题。为了有效抑制铬化物的挥发,钴锰尖晶石涂层作为最有前途的SOFC连接体涂层,具有良好的高温导电性能、抗氧化性能及与电池其它组件相匹的配热膨胀系数(CTE)。为研究金属Co和Mn离子在水溶液中的电沉积工艺,选择在430 SS金属连接体上制备Co-Mn-Co复合涂层和Co-Mn复合涂层,然后在750℃高温下热生长得到复合尖晶石涂层。同时,对500 h后生成的尖晶石氧化物涂层的表截面形貌、组织结构及高温抗氧化性和导电性能进行研究。结果表明,Co-Mn-Co结构涂层的性能优于Co-Mn双沉积结构涂层,多层复合涂层利于涂层内Co和Mn元素的互扩散,促进Co和Mn氧化物向MnCo2O_(4)尖晶石的转换,从而提高涂层的高温抗氧化与导电性能。

SOFC连接体用STS444/Y合金的高温导电性能研究

以固体氧化物燃料电池(SOFC)金属连接体为研究对象,分析铁素体不锈钢STS444涂覆稀土元素Y后在750℃下的高温氧化和导电行为。利用辉光放电光谱(GDS)和二次离子质谱(SIMS)技术研究了主要元素(Fe,Cr,Mn,Si)和稀土元素Y对氧化膜生长和高温导电性能的影响。结果表明,Y元素的活性元素效应使STS444/Y合金可以显著改善其抗氧化性和高温导电性,可作为SOFC金属连接体的候选材料。