[發明專利]用于固體氧化物燃料電池封接的復合釬料及其釬焊工藝

無效

• 申請號: 201210208334.9
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102699561A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 屠恒勇;劉泳良
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23K35/24
• 分類號: B23K35/24;B23K35/40;B23K1/008
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發明涉及的是一種燃料電池技術領域的方法，具體是一種實現固體氧化物燃料電池可靠密封的復合釬料及其釬焊工藝。

背景技術

固體氧化物燃料電池(Solid?Oxide?Fuel?Cell，SOFC)是一種通過電化學反應將燃料中的化學能直接轉變成電能的全固態發電器件，它不需經過從燃料化學能→熱能→機械能→電能的轉變過程，具有許多優點，其中突出的優點在于燃料的廣泛適用性，即氫氣、一氧化碳和碳氫化合物都可作為燃料，因此可廣泛地采用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣、生物質氣、甲醇和乙醇等多種碳氫燃料。SOFC具有廣泛的應用領域，其主要應用包括分布式電站、家庭電站、車輛輔助電源、不間斷電源和軍用電源等。SOFC的開發研究以及商業化，受到了世界上許多國家的普遍重視，國際上普遍看好SOFC的應用前景。目前，SOFC進入商業化發展的主要障礙是電池系統壽命和價格。平板式SOFC，尤其是中低溫SOFC(500～800℃)，是目前國際上SOFC研究的前沿和熱點，其最突出的優點是在保證高功率密度的同時，可使用廉價的不銹鋼等合金作為連接體材料，可采用低成本的陶瓷制備工藝，可望大幅度降低SOFC的材料和制造成本，但是電池的封接問題仍然面臨著巨大的挑戰。中低溫平板式SOFC工作對密封材料的要求包括：能潤濕單電池和連接體材料表面，良好的粘附能力；經歷熱循環后仍保持足夠的機械強度、良好的氣密性和化學穩定性；匹配的熱膨脹系數和化學相容性。

目前主要密封技術有3種：壓力密封，玻璃封接和釬焊。采用壓力密封時必須持續地應用壓力，這對連接體形狀和單電池的強度要求較高。傳統的玻璃密封材料在工作溫度下組分容易揮發，影響電池性能，且在工作條件下玻璃結晶將導致膨脹系數變化，從而引起電池堆產生裂縫。金屬釬焊是近年來發展起來的新型密封技術，與傳統玻璃材料相比，具有多種優點，其中包括有塑性形變的能力，可以降低熱應力并提高機械強度；組分不會揮發，熱穩定性較好；不會發生析晶現象，抗熱循環能力較強。但是，目前所采用的釬料普遍存在著熱膨脹系數較大的問題，難以與其他電池部件相兼容。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種形成簡單、低成本和可規模化的用于固體氧化物燃料電池封接的復合釬料及其釬焊工藝。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種用于固體氧化物燃料電池封接的復合釬料，其特征在于，該復合釬料包括Ag-Cu釬料基體，以及Ag-Cu釬料基體中添加的第三種具有低膨脹系數或負膨脹系數的輔料，該輔料的添加量為Ag-Cu釬料基體的1～40wt％。

所述的Ag-Cu釬料基體中Cu的含量為1～20mol％。

所述的輔料為Al₂TiO₅、AM₂O₇系列、AM₂O₈系列和A₂M₃O₁₂系列材料中的一種或幾種；

所述的AM₂O₇系列材料中A為Zr，Hf，Th，U，Sn或Ti，M由V，P或V_1-xP_x的組合構成，x＝0～1；

所述的AM₂O₈系列材料包括ZrW₂O₈，HfW₂O₈或ZrW_2-xMo_xO₈，x＝0～2；

所述的A₂M₃O₁₂系列材料中A為Al、Sc、Lu或Y，M為W或Mo。

所述的輔料的形狀為顆粒或纖維。

一種用于固體氧化物燃料電池封接的復合釬料的釬焊工藝，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)稱取Ag釬料基體和Cu釬料基體，加入無水乙醇球磨2h，在80～100℃烘干，過200～400目篩后待用；

(2)稱取輔料加入無水乙醇中球磨2h，在80～100℃烘干；

(3)將乙基纖維素溶解于松油醇中制成乙基纖維素松油醇溶液，作為復合釬料的粘結劑；

(4)將步驟(1)和步驟(2)所得產物混合得到的復合釬料加入步驟(3)所得乙基纖維素松油醇溶液中，經研磨后得到均勻的釬料；