[發明專利]一種Co-W復合氧化物涂層和由其包覆的連接材料及制備方法

在審

• 申請號: 202210564194.2
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN115198326A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 干路;顧華志;張美杰;黃奧
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C25D5/36
• 分類號: C25D5/36;C25D3/56;C25D5/50;C25D7/00;H01M8/10
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明公開了一種Co?W復合氧化物涂層，包括內層氧化物、中層氧化物和最外層氧化物；其中，內層氧化物為含鉻氧化物層，中層氧化物為CoWO₄層，最外層氧化物為鈷鐵尖晶石層。一種連接材料，由上述Co?W復合氧化物涂層包覆在鐵素體不銹鋼表面構成；制備方法：(1)先將鐵素體不銹鋼加工形狀，噴砂，酸洗；(2)沖擊電鍍，電鍍；(3)熱處理，預氧化處理，即得。本發明連接材料耐高溫氧化性能優良，能夠有效抑制Cr擴散，熱震穩定性能好，抗高溫水蒸氣腐蝕性能強。本發明制備方法具有合成時間短、涂層成分控制簡單精確、涂層厚度均勻可控、對元器件外觀要求小等特點，由此制得的涂層與基體結合緊密，生產成本低，使用壽命長。

技術領域

本發明涉及高溫氧化防護技術領域，涉及一種Co-W復合氧化物涂層和由其包覆的連接材料及制備方法，更具體的說是涉及一種應用于固體氧化物燃料電池中的耐600-850℃高溫氧化腐蝕、抑制鉻中毒的Co-W復合氧化物涂層和由其包覆的鐵素體不銹鋼連接材料及制備方法。

背景技術

近年來，由于以石油為代表的化石燃料的價格持續升高、二氧化碳等溫室氣體排放造成的氣候變暖等環境問題日益惡化，如何提高化石燃料利用效率、減少環境污染成為目前能源發展中最為重要的課題。

固體氧化物燃料電池(SOFC)能夠不經過燃燒過程等溫地將燃料和氧化劑中的化學能轉化為電能，是一種高效環保的能源轉化途徑。相較于傳統火力發電，其優勢表現在能源轉化率高、安全可靠易于維護、大氣污染小、噪聲低、占地面積小、燃料范圍廣等。

SOFC系統中，連接材料起到收集電荷、支撐電池堆疊結構的作用，占電池總重量70％以上，電池的工作效率、堆疊數量、制作成本以及使用壽命等都取決于連接材料的相關性能。

近年來，基于中溫電解質材料的改良，SOFC的工作溫度由1000℃以上下降到600-850℃，讓耐熱金屬材料替代陶瓷連接材料成為可能。金屬材料代替陶瓷連接材料可以獲得更高的導電性能和更低的生產成本。SOFC連接材料對金屬的性能要求是：在600-850℃具有良好的導電性能(面比電阻小于100m·cm²)、耐水蒸氣氧化性、和氧化物陶瓷同等的較低的熱膨脹系數(常溫-900℃范圍內低于13×10^-6K^-1)，同時對電池組在運行、停止間頻繁切換的工作場合下金屬連接材料的耐熱疲勞性能有較高要求。

含有高Cr、高Ni成分的奧氏體不銹鋼可以滿足耐氧化、耐水蒸氣腐蝕的要求，但由于奧氏體不銹鋼存在高溫相變現象熱膨脹系數大，電池組在運行、停止切換過程中容易產生氧化層剝落現象。鐵素體不銹鋼在可以滿足耐氧化性能的同時，有較低的熱膨脹系數和較低的價格，因此成為了SOFC的金屬連接材料最有潛力的備選之一。但是由于不銹鋼材料在高溫使用過程中，會在表面形成導電性能不佳的氧化膜，增加SOFC系統內阻。因此，需要進一步改善不銹鋼材料表面氧化層的導電性能。

專利CN100545293C和CN1188537C中提出的鐵素體不銹鋼作為SOFC的連接材料，Cr含量分別為20-25wt％和15-30wt％。這兩種不銹鋼都可滿足在700-900℃下長時間應用過程中仍然有較好的導電性能，并且有較好耐氧化性能、不會產生氧化層的剝落、與其他電池組分的熱膨脹系數相匹配。然而，不銹鋼的氧化膜和基體中存在高濃度的Cr元素，在600-850℃、水蒸氣氣氛條件下會發生Cr蒸發現象，生成氣態的CrO₃或CrO₂(OH)₂。這些逸散的Cr容易與電池電極材料反應，使電極材料失去反應活性，也就是電極的鉻中毒現象。工業中也有通過在連接材料表面涂抹銀等貴金屬進行防護，但這無疑會極大的增加生產成本。