中温固体氧化物燃料电池封接玻璃的研究进展

封接玻璃是中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的主要组成部分, 封接玻璃应同时具有适宜的热性能、化学性能、力学性能及与电池元件有良好的粘合能力, 防止SOFC在运行过程中气体的泄漏, 并保证玻璃在IT-SOFC工作温度及氧化气氛或燃料气氛下长期运行的热稳定性和封接玻璃与其它电池元件之间的界面稳定性。本文综述了关于IT-SOFC封接玻璃近十年的研究进展。从玻璃特性和封接玻璃与元件之间的界面反应的角度, 讨论封接玻璃的组分-结构-性能三者之间的关系, 提出了当前IT-SOFC封接玻璃研究的主要问题。     

BaO-MnO-B2O3-SiO2密封玻璃与SS410连接极材料之间的化学相容性研究

制备了一系列BaO-MnO-B2O3-SiO2玻璃,通过DIL、XRD、SEM研究了其热膨胀行为、玻璃态转变、析晶行为及其与SS410金属连接极材料之间的反应。结果表明:所得密封玻璃的热膨胀系数约为10×10-6 K-1,与YSZ电解质材料和SS410金属连接极材料较为匹配,所得玻璃在800℃保温10h之后,生成了Ba5Si8O21相为主的微晶玻璃。玻璃的析晶对于密封玻璃与SS410连接极材料之间的化学相容性具有显著影响,析晶之后,玻璃与SS410之间的反应现象减弱。玻璃在N2气氛下进行预析晶处理,形成微晶玻璃之后,与SS410之间的反应显著减少。本研究所得的BaO-MnO-B2O3-SiO2密封玻璃在完成封接之后,在700℃保温100h,能够保持良好的密封效果。     

SiO2-CaO-B2O3-Al2O3微晶玻璃在平板式ITSOFC中密封性能的研究

平板式中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)的密封材料在工作温度下,与其接触的电池材料应具备以下特性:(1)气密性;(2)尺寸稳定性;(3)热匹配性;(4)化学稳定性;(5)绝缘性.采用SiO₂-CaO-B₂O₃-Al₂O₃系统微晶玻璃制备出一种适用于850℃的密封材料.该材料在850℃保证一定尺寸的前提下,能够与8YSZ电解质和Ni-Cr双极板紧密黏附,热膨胀系数8.9×10^-6)/℃和8YSZ接近,电导率约为10^-8S/cm有良好的电绝缘性能,在O₂和H₂气氛下保温100h没有气体泄漏,且密封后的黏附界面边界分明,元素扩散层厚度<10μm.实验证明该材料适用于ITSOFC 850℃密封.     

玻璃和云母复合封接SOFC电池堆性能

封接技术是影响平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)发展的关键技术之一。实验中用云母和Bi2O3-BaO-SiO2-RxOy(R=K,Zn,Al2O3,etc.)玻璃复合,将电解质(氧化钇稳定氧化锆,YSZ)支撑的电池和金属连接体(SUS430不锈钢)封接在一起,对封接后电池堆的封接性能和开路电压以及各组元热膨胀性能进行测试。结果表明:云母在室温到720℃的平均热膨胀系数为8.5×10-6 K-1,Bi2O3-BaO-SiO2-RxOy玻璃20℃到520℃的平均热膨胀系数为11.0×10-6/K,与YSZ和金属连接体匹配。云母的层状结构可以缓解因热膨胀系数不同而产生的应力,在高温状态下云母还能起到固定软化玻璃的作用。通过气密性和电性能测试,在电池堆工作状态下气密性良好,在操作温度为800～900℃下运行28小时,电池堆的开路电压(OCV)维持在1.0V以上,复合封料及其两边材料中的元素没有明显扩散。因此,云母和玻璃Bi2O3-BaO-SiO2-RxOy复合封接技术可适用于高温SOFC的封接。     

固体氧化物燃料电池密封稳定性的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFCs)的密封质量直接影响其工作性能和寿命,是实现SOFCs商业化应用必须解决的课题之一.综述了玻璃/微晶玻璃封接、压缩封接和金属气密封接在耐久性和耐循环性方面的研究现状,从气密性、热失配补偿和化学稳定性方面分析了各方法的主要问题和解决办法,并展望了中低温SOFCs密封的发展方向.     

固体氧化物燃料电池密封材料的研究现状与发展趋势

密封是影响板式固体氧化物燃料电池(SOFC)产业化的主要障碍之一, 受到广泛的重视. 本文阐述了密封的功能及其对材料的要求, 论述了国内外密封材料的研究现状, 综述了密封玻璃的研究进展. 对SOFC密封存在的问题进行了探讨, 并展望了SOFC密封研究的发展趋势.     

天然气中温SOFCs阳极材料钴掺杂氧化铈的制备与性能研究

采用溶胶凝胶法合成了新型中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阳极材料Ce_1-xCo_xO_y（x＝0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30）(CDC),并采用共压共烧结法制备了以NiO-CDC复合阳极为支撑、以Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ(GDC)为电解质、以La_0.8Sr_0.2Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(LSCF)- GDC为复合阴极的单电池. 利用XRD和SEM等方法对阳极材料进行了晶相结构、微观形貌和化学相容性等分析. 在400~700℃范围内,以加湿天然气（3％H₂O）为燃料气,氧气为氧化气测试了电池的电化学性能. 结果表明：CDC阳极材料具有良好的孔道结构;八种不同阳极组成的单电池中50wt％NiO 50wt%Ce_0.8Co_0.2O_y（C20C80）阳极支撑的单电池具有最佳的电化学性能,在650℃时其最大电流密度为148.84mA/cm², 最大比功率为30.91mW/cm².     

H2S源铈基固体氧化物燃料电池电化学性能研究

采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法制备出（CeO2）1-2x（Sm2O3）x固体电解质（简记作SDC）薄膜,以Ni-SDC、Ag分别作为固体氧化物燃料电池阳、阴极。在中温（650～750℃）条件下,该燃料电池对含H2S有害气体的脱除率最高可达到45％。在电流密度-电压（电功率密度）特性曲线中,当Sm：Ce=2：8时,作为氢源的H2S气体可使电池的开路电压为0．59V,电功率密度最高达到6．2mW／cm^2。Ni-SDC可作为H2S-O2此类燃料电池的阳极替代材料。     

固体氧化物燃料电池封接玻璃的研究:成分与性能

固体氧化物燃料电池封接玻璃在初期必须具备一定的流动性以便有效形成封接,进而保持足够的机械强度。它的热膨胀系数必须与燃料电池的其它部件相匹配,还需要具有化学稳定性。通过对研制的80多个逆性硅酸盐玻璃成分的分析,获得了成分-性能的一些规律:B2O3能够降低玻璃的软化温度和玻璃转变温度;ZnO通过拓宽玻璃转变温度和结晶温度之间的温度范围而改善封接性能,如Zn/Si比为0.7的成分可以获得230℃的温度范围;逆性玻璃的热膨胀系数取决于网络配体的平均势场强度,如加入BaO因为其较小的势场强度而提高玻璃的热膨胀系数,而加入势场强度较大的ZnO则呈现相反趋势。     

可钢化单银low-E镀膜玻璃的耐热性能

低辐射(Low-E)镀膜玻璃膜层的热稳定性对可钢化产品质量影响很大,在Low-E镀膜玻璃的钢化工艺中,由于加热温度过高或加热时间过长,可能会造成一些缺陷,如弯曲,波形,脱膜,色差,麻点等。本文用马弗炉对相同膜系的可钢化单银low-E玻璃进行了不同加热温度、不同保温时间下的耐热实验;通过观察外观变化,测试颜色变化、色差,及其方块电阻、E值、透过率、雾度等随温度和保温时间的变化关系,研究了相同膜系结构的可钢低辐射镀膜玻璃的耐热性能;为产品膜系结构设计,质量风险评估提供参考。     

掺铒碲酸盐玻璃的热力学稳定性和光谱性质的研究

分析了掺Er³⁺碲酸盐玻璃的热力学稳定性能,研究了掺Er3+碲酸盐玻璃的吸收和荧光光谱性质;应用Judd-Ofelt理论计算了碲酸盐玻璃中Er3+离子的强度参数Ω(Ω₂=4.79×10^-20cm², Ω₄=1.52×10^-20cm²,Ω₆=0.66×10^-20_cm2),计算了离子的自发跃迁几率,荧光分支比;应用McCumber理论计算了Er3+的受激发射截面(σ_e=10.40×10^-21cm²)、Er³⁺离子⁴I_13/2→⁴I_15/2 发射谱的荧光半高宽(FWHM=65.5nm)及各能级的荧光寿命(⁴I_13/2能级为τ_rad=3.99ms);比较了不同基质玻璃中Er3+离子的光谱特性,结果表明掺铒碲酸盐玻璃更适合于掺Er³⁺光纤放大器实现宽带和高增益放大.     

填料对铋锌硼低熔封接玻璃膨胀系数的影响及其微结构研究

在匹配封接中,为确保材料和结构在冷热反复循环的稳定性和耐久性,需考察封接材料与基体材料的膨胀系数在工作温度范围内的匹配性,以使封接应力尽可能小。一般来说,低熔点玻璃封接温度越低,膨胀系数越大。为满足低温封接,同时膨胀系数小的实际需求,常常在低温封接玻璃粉中添加低膨胀耐火填料,制成复合型低温焊料。本文对比研究了堇青石、锆英石、β-锂霞石及锂铝硅(LAS)微晶玻璃4种填料对Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃低熔封接玻璃膨胀系数的影响,并估算了各自的有效模量。结果表明:在添加量相同的情况下,堇青石填料调节作用最为显著;β-锂霞石、锂铝硅微晶玻璃虽然本身的线膨胀系数为负,但调节效果不理想,与堇青石相比略差;锆英石的有效模量值最大,但因其自身密度大,膨胀系数也大,调节效果不及另外3种填料。     

Nb_2O_5对碲铅铋铌系玻璃结构和性能的影响

采用熔融法制备不同Nb2O5含量的TeO2-PbO-Bi2O3-Nb2O5系玻璃粉,研究了Nb2O5的加入量对TeO2-PbO-Bi2O3-Nb2O5系玻璃热膨胀系数、软化温度和热稳定性的影响。利用傅里叶变换红外光谱仪检测玻璃粉的结构,通过热机械分析仪和综合热分析分别测试玻璃的膨胀系数和析晶温度,采用场发射扫描电镜观察太阳能电池Ag/Si接触界面。结果表明,随着Nb2O5含量的增加,玻璃的热膨胀系数和软化温度逐渐降低,玻璃化温度和析晶温度逐渐升高,玻璃的热稳定性逐渐增强。添加Nb2O5的玻璃粉所对应的太阳能电池正面电极中,Ag/Si接触界面存在大量的纳米银粒子,这将更有利于晶硅太阳能电池的光电子传导。     

Raman Spectrum and Thermal Stability of a Newly Developed TeO2-BaO-BaF2-La2O3-LaF3 Glass

In this work, a new TeO2-BaO-BaF2-La2O3-LaF3 oxyfluorotellurite glass system is investigated. Differential thermal analysis (DTA) and structural analysis by Raman scattering spectra are reported on the glasses. The DTA results indicated that an increase of fluoride content in the glasses decreases the glass transition temperature (Tg) and increases the crystallization onset temperature (Tx). As a result the 70TeO2·20BaF2·10LaF3 glass showed a large Hruby's parameter, possessing excellent thermal stability. Changes in glass network structure with fluoride content are discussed based on the Raman scattering spectra of glasses. The glass network structures in the 70TeO2·(20-x)BaO·xBaF2·(10-y)La2O3·y1 aF3 glasses are basically composed of both Te(O, F)4 and Te(O, F)3 units, but the Te(O, F)4/Te(O, F)3 ratio in the glass becomes higher with increasing fluoride content. This may be considered one of the reasons why the 70TeO2·20BaF2·10LaF3 glass exhibits excellent thermal stability.