固体氧化物燃料电池金属连接体研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种全固态燃料电池,连接体作为其中的关键组成部分,显著影响电池的性能。早期的连接体采用陶瓷材料制作,其高昂的成本和较高的电阻阻碍了电池的发展。随着电池工作温度的降低(550～800℃),金属材料取代陶瓷材料成为可能。铁素体不锈钢(FSS)凭借其低成本、良好的机械加工性能、高温下较好的耐腐蚀能力等优点,成为连接体候选材料,但其性能仍需进一步优化。本文综述了550～800℃SOFC连接体材料研究现状,重点介绍了FSS以及表面改性FSS的研究情况,比较了预氧化和各类涂层改性FSS的优缺点,并对连接体材料的研究方向进行了展望。     

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.     

固体氧化物燃料电池/电解池金属连接体涂层研究进展

可逆固体氧化物池(SOC)既可作为燃料电池(SOFC)发电,又可用作电解池(SOEC)制氢或合成气,用于清洁能源转换和存储。涂层制备技术对SOC电堆的发展尤为重要。本研究对SOC在不同操作模式下的工作环境进行了分析,对SOC电堆连接体可用的合金材料、涂层材料和涂层制备技术进行了综述。     

固体氧化物燃料电池金属连接体保护膜层研究进展

随着固体氧化物燃料电池(SOFC)的工作温度从1000℃降低到600~800℃,铁素体不锈钢成为SOFC连接体材料的最佳选择,但在高温氧化气氛下,氧化层快速生长以及Cr的毒化问题使得电池堆性能大大降低。目前,主要的解决方式是在基体材料表面涂镀保护膜层和材料改性。前者由于生产简单、成本低成为当前研究热点。本文主要介绍金属连接体保护膜的分类和研究现状,并探讨各膜层材料的优缺点及发展前景。     

固体氧化物燃料电池金属连接体腐蚀研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)常用廉价、易加工、导电性强的铁素体不锈钢作为连接体材料。然而,SOFC电堆中苛刻环境限制连接体的使用。本文介绍了近年来连接体材料腐蚀行为的研究现状,综述了空气、燃料气氛、双重气氛、微量合金元素、接触环境等因素对连接体腐蚀的影响规律,系统地阐述了连接体材料的腐蚀机理,并指出连接体腐蚀行为研究中存在的不足以及未来发展方向。     

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...     

固体氧化物燃料电池连接体材料研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是高效、洁净、全固态的电化学装置,是发展比较快的能源技术之一.本文总结了SOFC关键组件连接体材料的研究进展,详细论述了近年发展起来的金属连接体材料的研究状况,总结了目前研究比较广泛的Ni基、Fe基、Cr基连接体合金的性能特点和存在的主要问题,最后介绍了经过表面处理的Fe-Cr基合金应作为SOFC金属连接体材料的研究重点.     

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。     

涂层材料在固体氧化物电池金属连接体上的应用

系统地论述了应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体的各种涂层材料,总结了涂层在应用过程中存在的问题,并提出了建议.     

先进陶瓷涂层结构调控及其在固体氧化物燃料电池中的应用

等离子喷涂技术可以对陶瓷涂层的微观结构进行调控设计,因此在制备固体氧化物燃料电池方面具有独特的优势。基于等离子喷涂方法,可以直接制备或经过后处理获得致密的电解质涂层。采用等离子喷涂技术也可以制备高性能的多孔阳极和阴极,并可对钙钛矿结构阴极材料的成分和晶体结构进行调控。文中介绍了目前国内外采用涂层制备电池的方法,主要探讨了热喷涂方法制备电解质涂层的特点,对存在的问题和可行思路进行了讨论,并探讨了基于提高三相反应界面长度来制备高性能电极的方法。由于固体氧化物燃料全电池各功能层都有可能通过热喷涂方法制备,因此该方法在固体氧化物燃料电池结构设计具有巨大的潜力。     

大气等离子喷涂及固相反应法制备MnCoCu金属连接体防护涂层

目的 锰钴尖晶石涂层可有效抑制金属连接体高温氧化、降低固体氧化物燃料电池(SOFC)性能衰减,但其成本较高,电性能和稳定性也需进一步提升。方法 本文拟采用大气等离子喷涂技术(APS)和固相反应法以金属粉末制备高电导率尖晶石涂层。通过Cu元素的添加,在尖晶石涂层中引入高电导率的铜锰尖晶石相,获得高电导率尖晶石涂层,并通过对涂层的相组成、表面截面形貌、元素分布、电性能等物性的表征,揭示Cu添加量及固相转变条件对尖晶石涂层性能的影响规律。结果 800℃热处理后涂层明显致密化、均匀化,涂层主相为Cu_xMn_3-xO₄(x=1, 1.2, 1.4)和MnCo₂O₄;在基体和涂层的界面处存在Cr富集,800℃氧化10h后,含Cu量12%(质量分数)的试样面比电导最高;氧化100h后,面比电导有所下降,含Cu量12%(质量分数)试样仍具有最高的面比电导;经过还原的试样面比电导明显低于未还原样品,其原因在于还原过程中Cr元素产生扩散,氧化后生成了较多的低电导率相。涂层导电性随Cu含量的增加而增大...     

空气等离子喷涂板式SOFC连接体保护涂层的性能

在中温平板型固体氧化物燃料电池（ITSOFC）设计中,可以采用金属作为连接材料.Fe-16Cr合金是较为理想的金属连接材料,它存在的主要问题是连接体阴极侧表面的高温氧化和腐蚀,会导致电池性能的迅速降低.本研究采用空气等离子喷涂的方法喷涂了La0.8Sr0.2MnO3-σ（LSM）钙钛矿型保护涂层在金属连接板的表面,并讨论了主要过程参数及其作用效果.研究发现,喷涂后热处理是降低涂层孔隙率的有效方法,经喷涂-热处理后,涂层的孔隙率可降至1%以下.等离子喷涂LSM保护涂层后,Fe-16Cr合金的耐高温氧化性能明显提高,氧化速率降低了76%.     

固体氧化物燃料电池(SOFC)用NiMOCr金属连接体氧化行为研究

金属作为固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体材料已成为可能并成为研究热点.本论文对SOFC用NiMoCr合金分别在SOFC阴极和阳极气氛条件下的高温氧化性能作了详细的研究.结果表明:阳极(燃料极)条件下氧化所形成的是MnCr2O4尖晶石;阴极(空气极)条件下氧化所形成的是不含Cr的致密NiMnO4型尖晶石,能有效抑制C...     

金属连接体用Mn-Cu尖晶石涂层的制备及其高温氧化导电性能

为阻止Cr的外扩散、改善金属连接体的高温性能,采用高能微弧合金化(HEMAA)工艺,选用Mn-35Cu(原子分数%)合金电极在430SS基体上制备了Cu-Mn尖晶石涂层,然后在750℃空气中原位氧化得到Cu-Mn复合尖晶石涂层。结果表明:Cu-Mn复合尖晶石涂层致密,附着力良好;涂层的主要成分除了Cu-Mn尖晶石氧化物外,还含有一定量的Mn2O3,氧化层中基体元素Cr、Fe含量较低。涂层在800℃时的面比电阻测试结果显示,氧化100h后得到的复合Cu-Mn尖晶石涂层的电阻值为10mΩ·cm2。高能微弧合金化原位氧化后的复合Cu-Mn尖晶石涂层是一种很有前景的金属连接体涂层。     

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。     

有色金属涂层及其封闭层的海水腐蚀性能

介绍了金属涂层、金属涂层+封闭层等9种涂装体系在国内三个站静海全浸、潮差、飞溅区海水腐蚀性能的研究.结果表明：Al 、Zn涂层及Zn-Al涂层+封闭层、Al涂层+842+546环氧沥青漆复合涂装体系具有良好的防护效果.试验分析表明：涂层防护效果主要与材料在海水中的电极电位、涂层孔隙率以及材料性能密切相关.