[發明專利]用于中溫固體氧化物燃料電池自適應封接的復合釬料體系及其釬焊方法

有效

• 申請號: 201511023752.0
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN105397340B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 曹健;司曉慶;王義峰;亓鈞雷;張麗霞;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K35/363
• 分類號: B23K35/363;B23K35/40;B23K1/008
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明屬于固體氧化物燃料電池技術領域，具體涉及一種實現中溫固體氧化物燃料電池可靠自適應封接的復合釬料及其釬焊方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)，是一種新型的能源技術，通過離子在電解質中的傳導實現燃料與氧化物之間的反應，直接將化學能轉變成電能，替代傳統的燃料燃燒過程，不需要經過燃料化學能→熱能→機械能→電能的能量轉變過程，是一種清潔高效的全固態化學裝置。但是較高的操作溫度導致SOFC啟動時間長和密封困難，同時高溫加速電池組件之間的反應也會影響電池壽命，所以降低操作溫度是SOFC獲得廣泛應用的關鍵。當前，中溫(～800℃)固體氧化物燃料電池被廣泛研究，并有望獲得大規模實際應用。在固體氧化物燃料電池堆中，多個單電池被連接在一起來獲得所希望的電壓輸出，連接體被放置在單獨的電池之間，重復單元構成電池堆。實現燃料電池的可靠密封是SOFC獲得長期可靠使用的關鍵。電池的密封要求避免燃料氣體和氧化性氣體之間的混合以及氣體的泄漏。

良好的燃料密封需要密封部位在使用過程保持良好的熱穩定性和電絕緣性，具備和電池組件相匹配的熱膨脹系數，密封過程需要在較低的溫度下進行，避免高溫對電池組件造成損傷。同時，密封材料要保持潤濕性和粘度之間的平衡，保障密封材料能夠良好填充的同時，避免流淌出密封位置對SOFC造成污染。為了滿足這些使用要求，大量的密封體系被開發出來。主要包括玻璃密封，壓縮密封和釬焊連接。但是，以上三種密封方法都存在固有缺陷，無法完全滿足SOFC的使用要求。最近，研究報道了一種全新的密封理念—自適應密封，即允許密封材料在使用溫度下產生一定的塑性變形，以消除因溫度變化產生的熱應力，提高SOFC電池堆的運行可靠性。但是目前關于自適應密封的研究還不充分，尚處于探索階段。

發明內容

本發明的目的是要解決現有釬焊連接密封SOFC的連接溫度較高，組件間熱膨脹系數失配導致的可靠性不足的問題，而提供用于中溫固體氧化物燃料電池自適應封接的復合釬料體系及其釬焊方法。

本發明用于中溫固體氧化物燃料電池自適應封接的復合釬料體系由預制層和中間層構成，預制層為蒸鍍在電池片和連接體密封位置的Cu薄層，中間層以Ag粉和CuO粉混合而成的Ag-CuO釬料為基體，在基體中添加有玻璃軟化溫度為650～700℃的玻璃相A以及玻璃軟化溫度為750～800℃的玻璃相B，其中Ag-CuO釬料中CuO的含量為1～15mol％。

本發明用于中溫固體氧化物燃料電池自適應封接的復合釬料體系的釬焊方法按照以下步驟實現：

一、在連接體和電池片的密封面上分別真空蒸鍍上Cu薄層，得到鍍膜連接體和鍍膜電池片；

二、將玻璃軟化溫度為650～700℃的玻璃相A和玻璃軟化溫度為750～800℃的玻璃相B混合碾碎，過300～400目篩后得到混合玻璃相；

三、稱取的Ag粉和CuO粉混合，得到Ag-CuO釬料，然后向Ag-CuO釬料中加入步驟二得到的混合玻璃相，加入無水乙醇進行球磨，烘干后過300～400目篩，得到釬料混合粉末；

四、將乙基纖維素溶解于松油醇中，得到乙基纖維素松油醇溶液粘接劑；

五、將步驟三得到的釬料混合粉末加入到乙基纖維素松油醇溶液粘接劑中，混合均勻得到中間層復合釬料膏；

六、采用絲網印刷的方法將中間層復合釬料膏涂覆到鍍膜電池片的密封面上，得到涂覆有中間層復合釬料膏的電池片；

七、將鍍膜連接體的密封面與涂覆有中間層復合釬料膏的電池片的密封面貼合裝配，然后放入馬弗爐中，首先升溫至200℃保溫30～50min除氣，繼續升溫至300～400℃保溫30～50min排塑，再升溫至1000～1050℃的范圍內保溫5～30min，隨后降溫至室溫，完成中溫固體氧化物燃料電池自適應封接的復合釬料體系的釬焊；

其中步驟二所述的玻璃相A的含量占Ag-CuO釬料的1～20wt％，玻璃相B的含量占Ag-CuO釬料的1～20wt％，步驟三中CuO的含量占Ag-CuO釬料的1～15mol％。