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。     

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.     

涂层在固体氧化物燃料电池金属连接体中的应用

固体氧化物燃料电池工作温度的降低,使铁素体不锈钢用作连接体成为了可能。这类连接体具有热导率高、导电性能好、热膨胀性匹配等优点,但也存在一些问题,如高价Cr的挥发以及抗氧化性弱等。涂层可以改善铁素体不锈钢的相关性能。本文综述了稀土氧化物涂层、钙钛矿涂层以及尖晶石涂层的涂层类型和涂覆方法,比较了在金属连接体中的应用效果。     

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。     

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.     

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。     

中温固体氧化物燃料电池新型连接体材料的研制

以SUS430不锈钢粉末和具有钙钛矿结构的La0.8Sr0.2FeO3(LSF)陶瓷粉末为原料,通过粉末冶金方法制得了SUS430/LSF双层复合试样.对烧结SUS430不锈钢和LSF试样的密度和相组成进行了测试;通过氧化增重法测算了SUS430不锈钢及SUS430/LSF双层结构材料的氧化速率常数;采用四探针法对SUS430不锈钢及SUS430/LSF双层结构材料的面比电阻进行了测试;并对氧化前后材料的微观组织进行了观测.结果表明,采用本实验方法可以在烧结不锈钢基体表面制得致密的LSF涂层;在循环氧化过程中,LSF涂层与不锈钢基体结合牢固.SUS430/LSF双层结构材料在空气中于800 ℃氧化150 h后,氧化速率常数为2.81×10-15 g2·cm-4·s-1,比SUS430不锈钢降低了一个数量级以上,而其面比电阻则由SUS430不锈钢的74.65 mΩ·cm2降为15.55 mΩ·cm2.     

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(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电解质和电极材料的研究进展

固体氧化物燃料电池（SOFC）具有能量转换率高、比能量高、效率高、低排放、燃料可以连续供给等一系列优点,因而受到人们的普遍关注。本文对SOFC的电解质和电极材料的研究进展做了介绍,并指出了其研究中遇到的问题和今后发展的方向。     

NiO包覆YSZ固体氧化物燃料电池阳极材料的制备研究

采用包覆沉淀法制备NiO包覆YSZ阳极粉.用包覆沉淀法在YSZ颗粒表面均匀包覆一层氧化镍,600 ℃下煅烧得到NiO-YSZ固体氧化物燃料电池阳极粉.应用此材料制备的SOFC阳极在1400℃烧结4 h.经过SEM扫描电镜分析,高温电导测试,用这种方法制备的SOFC阳极中,NiO分布更加均匀,YSZ、NiO交替排布并有效的连接在一起,使阳极结构得到优化,电池性能提高.     

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.     

Conductivity and Oxidation Behavior of Fe-16Cr Alloy as Solid Oxide Fuel Cell Interconnect Under Long-Stability and Thermal Cycles

Conductivity and oxidation behavior of Fe-16Cr alloy were investigated under long-term stability operation at 750℃ and thermal cycles from room temperature to 750℃.The results showed that the area specific resistance (ASR) of Fe-16Cr alloy increased over time and reached about 56.29 mΩcm ~(2 )after 40,000 h of long-term stability operation at 750℃ by theoretical calculation.The ASR of Fe-16Cr remained about 11 mΩcm ~(2 )after 52 thermal cycles from room temperature to750℃.The analysis of structure showed that the oxidized phase on the surface of Fe-16Cr was mainly composed of Cr _(2 )O _3and Fe Cr _(2 )O _(4 )spinel phase under long-term stability operation at 750℃.While the Cr _(2 )O _(3 )phase was mainly observed on the surface of Fe-16Cr alloy after 52 thermal cycles,the oxidation rates of Fe-16Cr alloy were 0.0142μm h~(-1 )and 0.06μm cycle~(-1 )under long-term stability operation and under thermal cycle,respectively.The property of Fe-16Cr alloy with 2.6 mm thickness met the lifespan requirement of interconnect for solid oxide fuel cell (SOFC) stacks.The Cr element all diff used onto oxidation surface,indicating that it was necessary to spray a coating on the surface to avoid poisoning cell cathode of SOFCs.Two 2-cell stacks were assembled and tested to verify the properties of Fe-16Cr alloy as SOFC interconnect under long-term stability operation and thermal cycle condition.     

溶胶-凝胶法制备固体氧化物燃料电池复合阴极

用溶胶-凝胶法制备了中温固体氧化物燃料电池的50w/%Sm0.2Ce0.8O1.90(SDC)+50w/%(La0.85Sr0.15)0.9MnO3-8(LSM)复合阴极.阴极-电解质(SDC)界面电阻深受阴极微结构的影响用溶胶凝胶法制备的阴极具备有利于氧还原反应的微结构,包括小的粒径、高的孔隙率、高的比表面积等.而微结构又受到烧结温度的影响,界面电阻最小时的烧结温度为950℃.800℃时界面电阻为0.14Ωcm2,明显低于其他方法制备的同化学成分阴极的界面电阻.