[發明專利]一種含有改性白云母的中溫固體氧化物燃料電池封接材料及制備方法

無效

• 申請號: 201110030115.1
• 申請日: 2011-01-25
• 公開（公告）號: CN102180597A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 吳也凡;張家嵩
• 申請（專利權）人: 景德鎮陶瓷學院
• 主分類號: C03C8/24
• 分類號: C03C8/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域??本發明涉及一種平板式中溫固體氧化物燃料電池(SOFC)用封接材料和封接方法。

背景技術??固體氧化物燃料電池(SOFC)適應了能源供應的安全性、多元化及長遠性的需求，是一種最有前途的高效、潔凈的發電技術，在國家環境、能源和國防戰略上將扮演重要的角色，已成為世界各國研發與競爭的高新技術之一。目前主要發展了管式結構和平板式結構兩種，其中平板式固體氧化物燃料電池由于功率密度高、生產成本低等優點引起了世界范圍內的普遍關注，因而是國內外發展的焦點。平板式固體氧化物燃料電池產業化的瓶頸在于密封。由于涉及專利技術保護的問題，總體說來對密封的報道數據較少，且可靠性較差。平板式固體氧化物燃料電池的難點在于PEN(Positive/Electrolyte/Negative構成的三明治結構的多層膜)與金屬的密封。由于電池工作時電解質兩側同時有燃料氣體和氧化氣體存在，這就需要一種密封材料將陰、陽極工作室分隔并保持氣密性。由于連接體與PEN的化學、物理性質差距較大，單一封接材料很難同時與兩者匹配。中間層如果采用云母層狀結構，則中間層的應力會因平面滑移而消除。平板式SOFC的云母壓縮封接材料與技術的發展仍然存在諸多的問題，目前還沒有合適的封接材料能夠滿足SOFC的運行要求及發展商業應用的需要。由于白云母所具有的層狀結構可將應力因平面滑移而消除并價廉易得，因此研發中間層含有白云母的中溫固體氧化物燃料電池封接材料及制備技術勢在必行。我們研究發現，由于鱗片狀粉體材料具有阻擋與鱗片層垂直方向的氣體傳輸的性能，并具有粉體間接觸面積大，導熱性好的特性，有利于將封接材料做得致密及改善玻璃的長程收縮。本專利提供的由改性白云母、碘化銀與硝酸錳組成的封接材料在實施SOFC電池堆封接過程中，封接材料可分別在改性白云母和母材的間隙中或表面上潤濕、毛細流動、填充、鋪展，從而與母材相互作用，將母材聯結在一起。采用本發明的封接材料對單電池實施封接，測量多次循環下的開路電壓，單電池工作性能穩定，在工作溫度800℃與室溫之間反復循環40次后，開路電壓穩定在1.02～1.09V之間，可用于大規格SOFC單電池陶瓷基片組堆。

發明內容??針對現有技術的不足，本發明采用由碘化銀、硝酸錳、改性白云母封接材料，所封接的母材分別是利用水系流延及高溫燒結制備的大規格單電池陶瓷基片和商品化的FeCrAl合金片，該封接材料可以實現平板式SOFC陶瓷電池片與FeCrAl合金在大氣下的直接封接，具有氣密性好和耐熱沖擊的能力，該封接材料適用于650～800℃工作的平板式SOFC的密封。該方法工藝簡單、用量少、成本低廉、適合于工業化生產。

本發明包括封接材料的制備過程、大規格單電池陶瓷基片的制備過程及封接材料對平板SOFC單電池和商品化的FeCrAl合金封接過程，包括下述步驟：

(1)將碘化銀、硝酸錳的水溶液、聚丙烯酸銨、聚乙二醇、阿拉伯膠-B1070乳膠及水按一定的比例稱量，放入球磨罐中；

(2)球磨混合漿料，除氣，將漿料流延成型制成封接材料素坯膜片；

(3)將封接材料素坯膜片經熱壓疊層，制成封接材料膜片；

(4)將氧化鈧穩定的氧化鋯粉體、聚丙烯酸銨、阿拉伯膠-B1070乳膠復合粘結劑、聚乙二醇增塑劑及水按一定的比例稱量，放入球磨罐中；

(5)球磨混合漿料，除氣，將漿料流延成型制成電解質素坯膜片；

(6)將氧化鈧穩定的氧化鋯粉體、NiO粉體、石墨造孔劑、魚油、調墨油和增塑劑混合調勻，制成陽極生坯泥料；

(7)將陽極生坯泥料經軋膜成型工藝制備陽極生坯膜片；

(8)將電解質素坯膜片與陽極素坯膜片經熱壓疊層制成陽極支撐型/薄層電解質復合素坯膜片；

(9)將制得的陽極支撐型/薄層電解質復合素坯膜片進行熱處理，制成陽極支撐型/薄層電解質半電池；

(10)將制得的陽極支撐型/薄層電解質復合素坯膜片進行熱處理。優選的排塑條件為450～600℃，升溫速度為0.5～1℃/分。優選的高溫燒結條件為1350～1450℃下燒結2～10小時。優選的電解質素坯膜流延成型條件是刀高100～130μm，優選的陽極素坯膜的扎膜厚度為1.0mm，將陽極生坯膜片在室溫下干燥24小時。

在上述步驟(1)的漿料中加入分散劑、連接劑和增塑劑。以水為溶劑；以聚丙烯酸銨為分散劑；以阿拉伯膠-B1070乳膠為連接劑；以聚乙二醇為增塑劑；

在上述步驟(4)的漿料中加入分散劑、連接劑和增塑劑；以水為溶劑；以聚丙烯酸銨為分散劑；以阿拉伯膠-B1070乳膠為連接劑；以聚乙二醇為增塑劑；