[發(fā)明專利]一種中溫平板式固體氧化物燃料電池堆密封物及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410648643.7
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104505527A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設計）人: 李箭;李凱;賈禮超;顏冬;張偉;王曉鵬;蒲健;池波
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/10;H01M8/24
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于燃料電池領域，更具體地，涉及一種中溫平板式固體氧化物燃料電池堆所使用的密封物及其制備方法。

背景技術(shù)

從國內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢來看，中低溫平板式SOFC是當前研究開發(fā)的主流。據(jù)初步統(tǒng)計，目前國際95％的SOFC研發(fā)都集中在平板式上，其主要優(yōu)點是單電池具有高的功率密度和低的制備成本，可使用不銹鋼等合金作為連接體材料，性價比優(yōu)于管式SOFC。

而在SOFC中，密封材料是關鍵的一部分，其應用在SOFC的多個部位，如單電池與連接體之間。SOFC密封方式基本都屬于接觸密封，而密封材料及相鄰組件的表面并不總是絕對的平整，因而密封件需要在一定壓力作用下實現(xiàn)電堆密封的功能。為確保SOFC的正常工作，在600～1000℃的高溫度環(huán)境中，密封材料必須提供足夠的氣密性，盡可能防止燃料氣體的泄漏，還必須在單電池和連接體之間提供充分的電絕緣性。密封材料本身需在很寬的氧分壓下保持穩(wěn)定，工作時不僅直接接觸高溫的潮濕空氣和還原性的燃料氣體，而且在整個工作過程中不能引起相鄰組件性能的退化。此外，在一些需要頻繁啟動的場合，密封材料還需要具有良好的耐熱循環(huán)性。

根據(jù)SOFC密封材料工作的實際狀況，除了由裝配、材料性能退化、材料受到熱沖擊或外界干擾等因素引起的氣體泄漏外，可能存在的氣體泄漏方式主要有兩種，其一是密封材料與相鄰組件之間的界面泄漏；其二是密封材料內(nèi)部存在的滲透泄漏。在平板式SOFC設計中，存在大量的金屬/陶瓷界面需要密封，相互接觸的密封面存在著細微的間隙或通道的情況將十分常見，使部分氣體從這些通道泄漏出去。滲透泄漏是指氣體從密封材料內(nèi)部的孔隙中泄漏出來的情況，這與密封材料自身的微結(jié)構(gòu)，以及工作壓力、溫度等因素有關。

在電堆裝配和運行過程中，應力狀態(tài)和溫度梯度是影響其內(nèi)部密封性能的關鍵因素。合適的壓力分布可以保證相鄰電池組件的緊密貼合以有效降低密封材料，尤其是壓縮式密封材料的漏氣率。電堆通常在室溫下裝配，在高溫環(huán)境中運行，高溫時材料的蠕變可能導致密封壓力的松弛，從而使氣體泄漏增加，這就要求密封材料在較低的載荷壓力下同樣可以實現(xiàn)良好的密封。對于串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電堆，隨著其內(nèi)部溫度不斷升高，相鄰組件由于熱膨脹系數(shù)(CTE)差異而產(chǎn)生熱應力。因此，密封材料需要與相鄰組件有良好的熱匹配或變形能力以消除熱應力，否則熱力耦合效應將在電堆局部區(qū)域產(chǎn)生應力集中，使密封材料受到破壞。