[發明專利]固體氧化物燃料電池/電解池用通氣管及其制備方法

在審

• 申請號: 201410452595.4
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104377372A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 關成志;肖國萍;陳新冰;王建強;杜賢龍;周靖;張林娟;金嬋;林逍;謝若冰;鮑洪亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 鐘華;王衛彬

技術領域

本發明涉及一種固體氧化物燃料電池/電解池用通氣管及其制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)作為最新一代發電技術，可以高效地將燃料氣體和氧化劑氣體的化學能直接轉化成電能，熱電聯供時效率可達80％以上，在分布式能源、便攜式能源等領域都有很大的應用前景。固體氧化物電解池(SOEC)作為SOFC的逆過程，能夠高效地電解水制取氫氣，與核能、太陽能、風能等新能源聯用時的社會經濟效益更大。

SOFC和SOEC在運行過程中都需要向其電極通入反應氣體，SOFC和SOEC常用的通氣管材料為氧化鋁陶瓷或者不銹鋼等熔點大于等于800℃的金屬材料(金屬單質或合金)。

研究發現，氧化物陶瓷管在高溫下會由于內部產生的熱應力而出現結構缺陷最終導致斷裂，而且這種缺陷在氣體壓強較大時更為嚴重。

利用不銹鋼等延展性很好的金屬材料(金屬單質或合金)可以解決高溫下斷裂的問題，不過在SOFC模式下，在高溫下通入H₂會導致金屬通氣管發生氫脆現象，逐漸也會出現延遲斷裂、鼓包、滲氫和脆折等問題。一個主要原因是H₂可以與鋼材中的碳發生結合，使鋼脫碳。H₂還可以與部分金屬材料反應生成金屬氫化物，導致通氣管的機械性能下降。在SOEC模式下，氫電極需要通入高濃度H₂O或CO₂氣體，氧電極需要通入O₂或空氣等，這種氧化氣氛下金屬管也會被氧化而降低使用壽命。

因此，開發一種既能在高溫下避免熱應力斷裂，又能在還原性、氧化性氣氛中保持結構穩定、成分穩定的通氣管就具有非常重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中的通氣管存在高溫斷裂、氫脆、不穩定的缺陷，而提供一種結構簡單、性能穩定、經濟實用的固體氧化物燃料電池/電解池用通氣管及其制備方法。

本發明提供了一種固體氧化物燃料電池/電解池用通氣管，該通氣管包括一外層管，所述外層管的內壁上貼設有一內層涂層或一薄壁管；所述的外層管的材料為彎折90℃時不斷裂、熔點大于等于800℃的金屬材料；所述的內層涂層或所述薄壁管的材料為熔點大于等于800℃、不與H₂且不與O₂發生化學反應的化合物材料；所述的外層管的厚度為0.5mm～5mm；所述的內層涂層或所述薄壁管的厚度為1nm～0.5mm。

其中，所述的外層管較佳地為不銹鋼管、銅管、鍍鋅鋼管、無縫鋼管、鐵基合金管、鎳基合金管或鈷基合金管。所述的外層管可以采用本領域常規方法制備，較佳地為采用熱軋、冷軋、擠壓、電弧焊、氣焊、爐焊和注漿中的一種或多種制備。

其中，所述的化合物材料較佳地為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅和氮化硅中的一種或多種。

其中，所述的通氣管可以按照本領域常規的形狀進行設計，較佳地為直圓管、螺旋管或U型管。

本發明還提供了前述通氣管的制備方法，為將所述的內層涂層成型于所述的外層管的內壁，或將所述的薄壁管與所述的外層管嵌套封裝。

其中，所述的成型為本領域常規操作，較佳地為熱噴涂、物理氣相沉積、化學氣相沉積和電化學沉積中的一種或多種。

本發明所用試劑和原料均市售可得。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。

本發明的積極進步效果在于：本發明的通氣管在高溫(500～1400℃)下不易發生斷裂、漏氣等問題，在H₂等氣氛下不易發生氫脆現象，在O₂、H₂O或CO₂等氣體中穩定性也大大提高；本發明的通氣管具有較好的延展性和塑性可制成靈活的形狀，應用范圍廣泛；還具有結構和制作工藝簡單、成本低廉、性能穩定等優點。此外，本發明的通氣管有利于固體氧化物電解池和固體氧化物燃料電池技術的發展和產業化應用。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的通氣管的橫截面示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規方法和條件，或按照商品說明書選擇。

下述實施例中：