固体氧化物燃料电池压缩密封材料的研究

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作者：

李炜

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摘要：

平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)元件制造和装配简单,功率密度高,是目前研究的热点.由于平板式SOFC中需要密封的面积大,对密封材料要求苛刻,高温密封一直是制约平板式SOFC应用的技术瓶颈之一.因此,探索和开发质量稳定可靠的密封材料对于推动SOFC的发展具有重要意义. 本工作采用流延成型技术制备了新型的Al2O3基密封材料,并以压密封方式实现中温平板型SOFC的密封.具体研究工作及结论如下: 首先以Al2O3微粉和Al微粉为主要原料,选择合适的溶剂,分散剂,粘结剂和增塑剂,对Al2O3基密封材料流延成型工艺进行了系统研究与优化.结果表明,鲱鱼油对Al2O3微粉的分散效果是最好的,其最佳加入量为1.5～2wt%;浆料的粘度随R值(增塑剂与粘结剂的质量比)的增加而急剧减小,当R值为1时,浆料流变性能最佳;提高溶剂中二甲苯的含量,有利于降低溶剂挥发的速率,可有效消除密封材料表面的浅纹;通过对浆料进行真空除气处理和添加少量除泡剂,可以完全消除密封材料表面的凹坑;进一步调整粘结剂与增塑剂比例及加入量,选择合适的干燥工艺,可以制备出厚度均匀,表面光滑平整且柔韧性良好的Al2O3基密封材料. 在此基础上,模拟密封材料的实际使用环境,在自行设计的密封材料气密性测试装置上,对Al2O3基密封材料在800℃下的漏气率进行了检测,借助扫描电子显微镜观察了材料的微观形貌,分析了Al微粉的加入对材料密封性能的影响.结果表明,Al2O3基密封材料的漏气率随外加压力的增加呈小幅下降趋势,随Al微粉加入量的增加而逐渐下降.Al微粉的加入,减少了材料的漏气通道,增加了漏气通道的弯曲程度,从而提升了材料的密封效果.在外加压力为210KPa时,加入20wt%Al微粉的密封材料在800℃时的漏气率仅为0.05 mL·cm-1·min-1.采用流延成型Al2O3材料以压密封方式来实现中温平板型SOFC的密封是可行的.

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