[發(fā)明專利]制備固體氧化物燃料電池密封墊的方法以及廢料回收工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210469835.2
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102945974A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳昊;曾凡蓉;錢繼勤;王紹榮;占忠亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/00
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 劉懿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種固體燃料電池用密封墊的制備方法，尤其涉及一種制備所述密封墊的方法以及所述生產(chǎn)方法中產(chǎn)生的廢料的回收再利用方法。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池（SOFC）是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的全固態(tài)發(fā)電裝置。基于其所具有的能量轉(zhuǎn)化效率高、對環(huán)境友好、對燃料適應(yīng)性廣、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，SOFC是一種具有廣闊應(yīng)用前景的能源利用方式。

SOFC的常見結(jié)構(gòu)有管式和平板式，以及由這兩種基本結(jié)構(gòu)衍生出的其他結(jié)構(gòu)。其中平板式SOFC以其制備工藝簡單、生產(chǎn)成本低、裝配成堆時程序簡單等優(yōu)點(diǎn)，是SOFC的研究熱點(diǎn)。對于平板式SOFC而言，電池的密封是一項關(guān)鍵技術(shù)。在SOFC正常工作時，密封材料的主要作用有：1）隔絕燃料氣體和空氣；2）將連接板和單電池等組件連接在一起構(gòu)成電堆；3）保證連接板之間的電絕緣性，防止連接板電流短路。

因此，密封材料必須滿足的要求有：1）在氧化和還原氣氛下都具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性；2）與被封接材料之間有很好的化學(xué)相容性；3）與被封接材料的熱膨脹系數(shù)匹配；4）與被封接材料的浸潤性較好和較強(qiáng)的結(jié)合力；5）在SOFC的工作溫度下，具有較高的長期熱穩(wěn)定性。除此以為，密封材料還必須生產(chǎn)成本低，適合批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

目前對SOFC密封技術(shù)的研究主要有壓密封和硬密封。壓密封是采用“密封圈”的概念實現(xiàn)密封，通過壓實填充于SOFC組件間的密封材料（如云母、柔性石墨等）達(dá)到密封目的。硬密封是指密封材料與SOFC組件之間是硬連接，封接后不產(chǎn)生塑性變形，不能做相對運(yùn)動的密封。硬密封所采用的封接材料主要有玻璃、微晶玻璃、玻璃陶瓷等。

目前常見的采用硬封接方法進(jìn)行封接的材料成型方法主要有：模具澆鑄（如CN1812159A、CN101651188A、CN1494176A），流延（如CN102386345A、CN101079476A、CN101174677A），滾壓成型（如CN1465647A、CN1599092A、CN1884423A)，漿料涂敷法（如CN1234617A、CN101075665A、CN101174677A），以及噴涂等。這些成型方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。例如，漿料涂敷法并不適宜大面積批量生產(chǎn)，原因在于大面積涂敷漿料時的厚度均勻性不易控制。對于模具澆注法，由于需要根據(jù)尺寸事先定制特定的模具，尺寸變更一般必須變更模具，提高了成本。對于流延法而言，生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，適合批量生產(chǎn)。但在針對制備平板式SOFC密封墊時，原料的浪費(fèi)較嚴(yán)重。原因在于，在實際使用時，密封區(qū)域一般只需要在電池的周邊，密封墊的形狀大多為環(huán)狀，在對流延干燥后的素坯進(jìn)行裁剪時，中心部分區(qū)域會被摳除，這就導(dǎo)致很大一部分原料被浪費(fèi)。另外，在軋膜，滾壓成型等方法也會遇到類似情況。迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)對于裁剪后的廢料進(jìn)行回收再利用的專利報道。對廢料進(jìn)行回收時，可能出現(xiàn)的問題是：與原始粉體相比，廢料中的粉體經(jīng)過了球磨分散，熱壓，流延烘干等步驟后，其粉體粒徑分布和堆積情況發(fā)生了很大變化。如何保證使用廢料制備密封墊與使用原始粉體制備密封墊時的一致性，是要經(jīng)過嚴(yán)格控制的。否則，在封接過程中，密封墊的升溫收縮性質(zhì)會發(fā)生很大變化，容易導(dǎo)致封接失敗。

在將密封墊和被封接的電池組件裝配完成后，經(jīng)過熱處理步驟進(jìn)行封接。在升溫過程中，由于密封墊中的有機(jī)添加劑被燃燒，密封基體本身也會有燒結(jié)收縮。當(dāng)收縮率過大時，密封墊容易收縮斷裂，導(dǎo)致封接失敗。專利CN101079476A提到，在裝配前對密封墊進(jìn)行預(yù)壓，提高粉體的堆積密度，可以提高封接成功率。但同樣提到，過大的預(yù)壓壓力可能造成密封墊從壓機(jī)上取下出現(xiàn)困難的問題。

另外，為達(dá)到良好的密封效果，密封墊需要具備一定的厚度，同時厚度均勻。在流延成型中，當(dāng)流延厚度超過一定范圍時，素坯的厚度均勻性不易控制。必須采用流延適當(dāng)厚度的密封墊素坯，再用多層素坯疊層熱壓，進(jìn)而得到所需厚度的厚素坯的方法，才可以規(guī)避以上問題。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有的技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種平板式SOFC用密封墊的制備工藝，目的在于解決流延法制備密封墊時原料利用率過低，浪費(fèi)嚴(yán)重的問題；解決密封墊由于干燥時間的限制導(dǎo)致生產(chǎn)效率受制于流延臺面長度的問題；解決密封墊在熱處理過程中收縮率過大導(dǎo)致封接成功率過低的問題；解決厚密封墊制備時均勻性的問題。