SOFCs金属连接体表面改性Mn-Co尖晶石涂层研究现状

Fe-Cr铁素体不锈钢是中低温固体氧化物燃料电池(SOFCs)的理想连接体材料,但其在高温有氧环境中表面易被氧化,且会引起阴极“Cr毒化”现象,致使电池工作效率降低。Mn-Co尖晶石因其较高的高温导电性和抗氧化性,被广泛应用于连接体保护涂层以提高连接体的抗氧化性,并减少Cr的扩散。但Mn-Co尖晶石涂层在长期服役过程中仍存在Cr元素扩散导致Cr2O3过渡氧化层不断增厚、涂层导电性能下降的现象,研究发现通过对Mn-Co尖晶石涂层进行掺杂改性可有效改善上述问题。本文结合近年来Mn-Co尖晶石涂层研究进展,简述了典型的Mn-Co尖晶石晶体结构及其导电机制,总结了改性元素在Mn-Co尖晶石中可能的掺杂位点及对尖晶石晶体结构的影响,重点阐述了稀土元素Y、La、Ce,以及过渡族元素Cu、Fe改性对Mn-Co尖晶石涂层抗氧化性、导电性、黏附性,以及热膨胀系数相容性的影响,详述了改性元素作用机理,总结对比了不同元素对Mn-Co尖晶石涂层改性的侧重点。最后,对当前研究中Mn-Co尖晶石涂层存在的问题及今后改性Mn-Co尖晶石涂层的研究方向进行了展望。

固体氧化物电解池连接板La掺杂Mn-Co尖晶石涂层的制备及性能评价

固体氧化物电解池的金属连接板长期处于中高温环境(600~800℃)中,表面氧化严重使得电解池内阻增大,且金属基体的Cr挥发导致电极的电化学活性降低,二者共同作用导致电解池性能衰减严重。针对上述问题,采用电泳沉积法在商用SUS430金属基体上制备了Mn-Co涂层和Mn-Co-La涂层,再采用先后在中性气氛(950℃,N_(2))和氧化气氛(825℃,空气)条件下烧结的工艺,获得了牢固且致密的Mn-Co涂层和Mn-Co-La涂层。研究了烧结气氛和La元素掺杂对涂层性能的影响,分别利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪、四探针电阻率测试仪测试了涂层的形貌、物相组成、元素分布、面比电阻。结果表明:通过电泳共沉积掺杂微量纳米La_(2)O_(3)制备的涂层的晶粒更加均匀、细化,有效抑制了高温N_(2)烧结过程中基体Fe-Cr的溢出。750℃下300 h的氧化循环试验结果表明,与基体相比,本工作提出的烧结工艺有利于提升涂层的抗氧化性能,且La掺杂的涂层性能更优。La元素的掺杂有效减缓了基体中的Cr挥发,面比电阻更低且稳定,提高了Mn-Co尖晶石涂层的抗高温氧化性能。

Mn-Co尖晶石催化氧化乙酸乙酯

以Mn(NO_(3))_(2)、Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O、KMn O_(4)和Na_(2)CO_(3)为原料,采用共沉淀法制备了Mn/Co不同物质的量比的Mn-Co尖晶石催化剂,利用XRD、BET、TEM、XPS、H_(2)-TPR、O^(2-)TPD对其进行了表征,并评价了其催化氧化乙酸乙酯的性能。结果表明,Mn/Co物质的量比的变化可影响尖晶石活性位的数量,当n(Mn)∶n(Co)=1∶1时,制得的Mn_(1)Co_(1)O_(x)(2≤x≤3)具有最多的活性位数量,催化活性最佳[乙酸乙酯转化率为50%时的温度(T_(50))为151℃、乙酸乙酯转化率为90%时的温度(T_(90))为164℃,表观活化能(E_(a))为120.2 kJ/mol],这与尖晶石催化剂表面的氧空位(OV)含量、Mn^(4+)及Co^(2+)浓度直接相关。催化剂表面OV与金属阳离子电子交换(Co^(2+)+Mn^(4+)?Mn^(3+)+Co^(3+))的协同作用构筑了高效的OV-Mn^(4+)-O^(2-)-Co^(2+)活性位。

Mn-Co尖晶石涂层对铁素体不锈钢的高温防护

本文针对铁素体不锈钢的高温氧化特性,简要介绍了目前国内外常用不锈钢防护涂层材料、Mn-Co尖晶石氧化物涂层的特性、制备方法以及研究现状;并针对热喷涂技术在Mn-Co尖晶石涂层的应用进行了探讨。在此基础上,通过优化等离子喷涂工艺,在T441不锈钢基体上沉积了致密Mn_(1.5)Co_(1.5)O_4保护涂层,并对该体系的抗长时(1000h)高温氧化性能进行了研究。结果表明:通过等离子喷涂及后续还原/氧化处理技术制备的Mn_(1.5)Co_(1.5)O_4涂层对T441不锈钢基体起到了有效的保护作用,显著提高了T441的抗长时氧化性能。

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。

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。