固体氧化物燃料电池金属连接体防护涂层研究进展

铁素体不锈钢因具有良好的耐腐蚀性、高电导率、高热导率等诸多优异性能,是常用的中低温固体氧化物燃料电池（SOFC）用连接体材料,但是含Cr不锈钢在600～800℃的SOFC工作温度下存在高温氧化带来的界面电阻增大、Cr元素毒化阴极等问题。从连接体材料、防护涂层种类及其制备方法出发,简述了金属连接体材料的选择和Cr毒化阴极机理,重点阐述了活性元素氧化物涂层、稀土钙钛矿涂层以及尖晶石涂层对连接体的保护作用和近些年新的研究进展,并归纳了SOFC金属连接体表面涂层常用的制备方法和特点。介绍了稀土元素氧化物涂层对合金氧化膜的影响机制和应用局限性。总结了La_1–xSr_xCrO₃、La_1–xSr_xCoO₃、La_1–xSr_xMnO₃等常用钙钛矿涂层的优势和不足,并分析了掺杂对钙钛矿涂层性能的影响。重点综述了过渡金属元素掺杂、稀土元素掺杂对Mn-Co、Cu-Mn尖晶石涂层电导率、热膨胀系数匹配性、涂层结合情况等...     

热喷涂制备固体氧化物燃料电池电解质层的研究进展

分析了固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展趋势以及电解质的制备和特性对SOFC的工作温度及导电性的影响,并对SOFC电解质材料的研究现状进行了详细阐述。介绍了热喷涂技术在SOFC电解质材料制备中的技术优势,综述了热喷涂技术在SOFC电解质层材料制备中的应用,并对其进行了总结和展望。通过分析相关研究成果,认为降低工作温度必然成为未来SOFC研究的主要方向之一,而开发更多在中、低温下具有高电导率的电解质材料是未来研究工作的关键。应用最广泛的高温SOFC电解质材料是萤石结构的氧化钇稳定氧化锆,而钙钛矿结构的掺杂镁和锶的镓酸镧是最有前景的中、低温SOFC电解质材料。热喷涂技术具有基体材料不受限制、沉积速度快、灵活、成本低等一系列优点,在SOFC电解质涂层的制备中得到了广泛应用。对于高温SOFC电解质涂层可采用等离子喷涂辅助后处理工艺或直接优化其工艺,从而获得高致密、高电导率的电解质涂层,而中、低温电解质层的热喷涂制备方面的研究还有较大的拓展空间。     

固体氧化物燃料电池(SOFC)合金连接体耐高温氧化导电防护涂层

降低固体氧化物燃料电池(SOFC)工作温度,可使用高电导、高热导、高强度的合金作为连接体。其中含Cr的铁素体不锈钢合金,具有与SOFC其他部件材料匹配的热膨胀系数,此外还有易于加工及成本低廉等优点,成为中低温板式SOFC连接体材料应用与研究的重点。但这类合金表面高温氧化所带来的界面电阻变化,及Cr挥发进而在阴极沉积所带来的诸多问题,成为影响板式SOFC长期稳定的关键因素,因此必须进行有效的表面处理。从SOFC合金连接体引起的电堆性能衰减机理出发,阐明了降低或防止阴极Cr中毒的几类方法,论述了合金连接体涂层的必要性。结合笔者开发设计的尖晶石粉末还原法在合金连接体表面制备纳米微结构Mn_(0.9)Y_(0.1)Co_2O_4(MYC)防护涂层方面的工作,综述了国内外SOFC合金连接体涂层材料及涂层制备方法的研究进展。对各类涂层材料及涂层制备方法优缺点进行比较的同时,重点介绍了电导率高、实用性较强的钙钛矿结构及尖晶石结构涂层材料。最后展望了合金连接体涂层的发展前景。     

固体氧化物燃料电池合金连接体涂层材料研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)向中温化发展,使得用金属材料作连接体成为可能.但是金属连接体在SOFC工作的高温氧化和湿氢环境中,其使用寿命受到严重限制,需要表面保护层.常用钙钛矿结构和尖晶石结构类的氧化物作为金属涂层材料.在合金表面涂覆致密氧化物涂层很关键,通过涂层材料与合金挥发出的Cr类元素之间的化学反应,可以降低Cr挥发,减弱Cr对阴极的毒化,阻止合金的进一步氧化.涂层材料还需要有高的电子电导率,与合金匹配的热膨胀性能,以降低界面电阻,防止涂层脱落.目前,还没有哪一种材料能够满足这多方面的要求,因此合金保护涂层材料还需要进一步的研究.     

等离子弧喷涂制备SOFC阴极的微观组织结构研究

SOFC阴极微观结构优化是解决中低温SOFC所面临的阴极材料催化活性下降的重要手段之一。本文采用等离子弧喷涂方法制备SOFC阴极,通过微观组织结构、成分分布等分析其微观结构特点,对比分别采用微米和纳米阴极LSCF粉末进行等离子弧喷涂所制备的SOFC阴极的微观结构,从而为等离子弧喷涂制备SOFC阴极微观组织结构优化提供指导。结果表明,等离子弧喷涂微米粉末所制备SOFC阴极微观结构多为片层结构,部分区域出现柱状晶体结构,能够为SOFC电化学反应提供更多的孔隙结构;采用纳米粉末进行等离子弧喷涂所制备的SOFC阴极中纳米结构主要包括纳米粉体材料中保留下的纳米晶粒以及喷涂过程中急冷所形成的纳米晶粒。     

等离子喷涂技术在固体氧化物燃料电池中的应用

介绍了等离子喷涂制备固体氧化物燃料电池（SOFC）中的电解质、阴阳极及其功能组件的研究进展,分析了其中的关键技术.研究表明：采用等离子喷涂,通过选择适当的粉末原料,工艺优化和改进送粉方式,可以得到满足SOFC要求的致密电解质,多孔阴极和阳极.三者的厚度均为30～50 μm,SOFC总厚度低于100～120μm,可以将固体氧化物燃料电池的运行温度降低到中温800℃下的范围,降低电池运行温度,从而降低了对相关材料的要求和运行成本.     

固体氧化物燃料电池Cr毒化阴极的研究进展

合金连接体中挥发出来的气态Cr6+是造成固体氧化物燃料电池(SOFC)性能衰减的重要原因之一。目前对Cr毒化SOFC阴极的机理尚未形成统一认识,电化学反应模型认为Cr参与了阴极的电化学氧还原反应过程,并沉积在三相反应界面处;化学反应模型认为,Cr沉积是由形核反应驱动的,电极内的形核剂是Cr沉积的决定因素。本文综述了近十年来Cr毒化SOFC阴极方面的研究进展,尤其是Cr对阴极和电解质的电子和氧离子传输性质的作用。     

铬基合金连接体材料在固体氧化物燃料电池中的应用

主要介绍了固体氧化物燃料电池（SOFC）的铬（Cr）基合金连接体材料的发展现状。Cr基合金具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性和导电性能等，是目前连接体材料中的研究热点之一。在SOFC阴极环境中，容易形成氧化层，同时由于Cr的扩散和挥发还可能导致阴极中毒，合金中掺杂稀土元素（Y、La、Ce和Zr）可以抑制Cr2O3层的生成。在阳极环境中，Cr基合金的表现优于阴极。与Al2O3、NiO、MgO和TiO2等相比，Cr2O3基氧化层具有较好的综合性能，其耐高温（1100℃）、热膨胀系数（9．6×10^-6K^-1）和YSZ电解质（10．8×10^6K^-1）相近、且具有较好的导电性。目前，Cr基合金的研究重点是氧化物弥散强化（ODS）合金，使用最多的是Cr5FelY2O3，其热膨胀系数为9×10^-6K^-1～10×10^-6K^-1（1000 ℃），抗氧化性能较好。     

钙钛矿结构固体氧化物燃料电池阳极材料研究

钙钛矿型氧化物(ABO3)由于其混合导电能力及其在高温氧化还原气氛下具有较好电催化活性和化学稳定性,而且对硫、碳、氧具有良好的容耐性,因此被广泛应用于作为固体氧化物燃料电池的阳极材料.概述了阳极材料的特点及钙钛矿结构的阳极材料的进展情况,对钙钛矿结构的阳极材料的制备方法及性能进行了总结.     

SOEC阴极材料Sr_2FeMoO_(6-δ)的微观结构和性能

选用双钙钛矿结构Sr_2FeMoO6-δ作为固体氧化物电解池的阴极材料,经过压制成型和烧结制备成阴极。利用阿基米德法测定了阴极的孔隙率,结合扫描电子显微镜研究造孔剂的用量对阴极孔隙结构的影响。利用热分析仪测定了不同孔隙结构的阴极受热后热膨胀情况和热膨胀系数,研究其与电解质的热膨胀系数匹配情况。最后利用电化学工作站测试了阴极材料的电化学性能。实验结果表明,双钙钛矿结构Sr2Fe Mo O6-δ有较好地电化学性能以及与电解质LSGM热膨胀系数匹配,有望成为固体氧化物电解池阴极的理想候选材料。     

炉卷轧机穿带长度分析及计算

炉卷轧机自动控制系统中,穿带长度的控制十分重要,直接影响产品质量。在分析炉卷轧机穿带系统的基础上,推导了带钢头部控制的数学模型,并计算出了各段控制的长度和时间,应用后存在质量问题的带钢头尾长度从以前的30 m减小到10 m,大大减少了因穿带失败导致的堆钢事故。     

Effect of carbon on microstructure and mechanical properties of a eutectoid β titanium alloy

The influence of carbon addition on the aging response of quenched Ti-13wt. % Cr has been investigated using hardness tests, tensile tests, optical microscopy, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. The addition of carbon improves the homogeneity of α precipitation, reduces the growth rate of α, and greatly reduces grain boundary α precipitation. The carbon addition accelerates the rate at which hardening occurs during aging, increases the peak hardness of aged samples, and also increases the room temperature tensile strength and ductility of aged samples. The factors giving rise to the improvements in properties will be discussed in terms of the microstructural observations. This paper was presented at the Beta Titanium Alloys of the 00’s Symposium sponsored by the Titanium Committee of TMS, held during the 2005 TMS Annual Meeting & Exhibition, February 13–16, 2005 in San Francisco, CA.     

Crystal Plasticity Finite Element Study of Incompatible Deformation Behavior in Two Phase Microstructure in Near β Titanium Alloy

基于晶体塑性模型,研究了近β钛合金中(α+β)两相组织的不协调变形行为。首先,双晶体模型的计算结果表明(α+β)两相组织中的塑性变形是不协调的,而且α相的变形行为与晶体取向和加载方向密切相关。另外,通过耦合三维Voronoi几何模型,探讨了近β钛合金中球状初生α相对宏观力学响应的影响。利用该CPFE-VT数值模型,研究发现α相与β相的不协调变形导致了合金强度随α相体积分数的增加而成线性降低。此外,β基体中α相的分布对合金应力-应变响应也有较大的影响。针对具有两相组织的近β钛合金建立的晶体塑性有限元模型为钛合金组织控制技术的发展以及性能预测提供了重要的途径。     

低温球磨制备超高强度块体纳米晶纯铝

采用低温球磨、热等静压和挤压等工艺制备块体纳米晶纯铝。分别采用透射电镜(TEM)和差热分析(DSC)对块体纳米晶纯铝的微观组织和热稳定性进行研究,并对所制备的块体纳米晶纯铝的化学成分、密度、硬度和拉伸性能进行测定,借助扫描电镜(SEM)对块体纳米晶纯铝的拉伸断口进行观察。同时,分别依据Hall-Petch公式、Orowan机制和Taylor公式定量估算细晶强化、弥散强化和位错强化对块体纳米晶纯铝屈服强度的独立贡献。结果表明:所制备的块体纳米晶纯铝的平均晶粒尺寸约为300 nm,密度为2.692 g/cm3,显微硬度为109.15HV;块体纳米晶纯铝的屈服强度和抗拉强度分别达270 MPa和379 MPa,伸长率为3.2%;块体纳米晶纯铝的高强度主要可归因于细晶强化和弥散强化。     

Influence of heat treatment on corrosion behaviour of Al?Zn?Mg?Cu?Zr?Sc alloy

Corrosion behaviour of different tempers (namely NA, UA, PA and OA) of Al? Zn? Mg? Cu? Zr? Sc alloy was studied by potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), optical microscopy (OM) and transmission electron microscopy (TEM). Over aged (OA) can decrease the susceptibility to exfoliation due to the discontinuous distribution of the η precipitates at the grain boundaries, cause a negative shift of the corrosion potential (E_corr), and lead to the prolonging of the time of the appearance of two time constants in impedance diagrams. In addition, Al? Zn? Mg? Cu? Zr? Sc alloy with over aged treatment has an enhanced resistance to exfoliation corrosion.     

Thermal dehydration kinetic mechanism of Mn1.8Co0.1Mg0.1P2O7·2H2O using Málek's equations and thermodynamic functions determination

Mn_1.8Co_0.1Mg_0.1P₂O₇·2H₂O was synthesized via hydrothermal method and the thermal dehydration product was confirmed to be Mn_1.8Co_0.1Mg_0.1P₂O₇. The thermogravimetry/differential thermogravimetry/differential thermal analysis, Fourier transform infrared, atomic absorption spectrophotometry, X-ray diffraction and scanning electron microscopy techniques were employed for sample characterization. Non-isothermal kinetics was studied under air atmosphere at four heating rates and the single thermal dehydration process was observed. Iterative Kissinger–Akahira–Sunose equation was used to calculate the apparent activation energy E_α values. Dehydration process was confirmed to be a single-step kinetic process with the unique kinetic triplets. Málek's equations were used to determine the kinetic model f(α) and pre-exponential factor A. ?esták–Berggren model was suggested to be the mechanism function for the dehydration process. The best fit led to the kinetic triplets of E_α=(79.97±6.51) kJ/mol, ln A=16.83 and f(α)=α^0.520(1–α)^1.255 (α is the extent of conversion). The thermodynamic functions of activation were calculated using activated complex theory together with A value.     

Study of aging and electrochemical behaviour of Al?Li?Cu?Mg alloys

Aging study of 1441 and 8090 Al? Li? Cu? Mg alloys exhibited characteristic precipitation hardening phenomena. Potentiodynamic polarisation studies carried out on various tempers of the 1441 and 8090 Al? Li? Cu? Mg alloys in 3.5% NaCl, with a small amount of H₂O₂, and in 3.5% NaCl solution with pH 10 and 12 showed the shifting of open circuit potential (OCP) towards more negative potential and higher corrosion rate, with the increase of aging time. The OCP value has shifted anodically with addition of H₂O₂ in 3.5% NaCl solution. Further, passivity phenomenon has been observed for all the alloy tempers in 3.5% NaCl solution at pH 10 and 12. The observation of OCP shift towards more negative potential and the higher corrosion rate with the increase of aging time has been attributed to the presence of higher amounts of anodic δ (AlLi), S′ (Al₂CuMg) and T₁ (Al₂CuLi) phases, studied by TEM, XRD and DSC methods.     

Determination of critical pitting temperatures for Ni?Cr?Mo alloys using electrochemical noise measurements

The determination of critical pitting temperatures (CPT) in various test solutions like ferric chloride solution according to ASTM G48 or “Green Death” solution is a common test method for the comparative assessment of the pitting corrosion resistance of highly alloyed steels and Ni? Cr? Mo alloys. In addition to the well‐known disadvantages of standard methods, like long test times, subjective examination, and large scatter, for the highest alloyed Ni? Cr? Mo alloys no stable pitting corrosion can initiate even at the highest test temperatures. This paper describes the limitations of standard test methods and shows how these problems can be solved by an alternative test solution and an adjusted test method. By capturing and examining the current noise under potentiostatic conditions during continuous heating in a 4.5 M calcium chloride solution the transition from metastable to stable pitting corrosion as a criterion for CPT can be detected in a reproducible way.