论文摘要
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells,SOFCs）是一种新型绿色发电技术,其中平板式固体氧化物燃料电池具有功率密度高、工艺简单、成本低等优点,但需要高温下隔离燃料气和氧气,要求燃料电池堆的封接材料要具有良好的气密性、绝缘性、热稳定性及化学稳定性等。但是直到目前为止还没有一种材料能够满足所有条件,因此封接成为限制平板式SOFC发展的一个瓶颈。本文对比研究了Ag-CuO材料、银导电胶材料的封接性能,并且对银导电胶/压实陶瓷纤维复合体系在电堆封接中的应用进行了探讨。首先,本论文研究了封接工艺、CuO含量以及热循环对Ag-CuO材料封接性能的影响,测试了模拟电池的泄露率,通过扫描电镜（SEM）观察封接界面的微观形貌,并采用能谱分析（EDX）对封接界面的扩散行为进行分析。研究表明封接温度为950℃,Ag-CuO材料中Cu含量为6mol%时,模拟电池的泄露率最小,小于测试装置的测试精度0.001cm3·min-1·cm-1。Ag-CuO材料热稳定性及耐热循环能力较好,但与电池其它组件间的热匹配性较差。其次,文中对银导电胶封接材料进行了研究。确定银导电胶材料的最佳封接工艺,材料的封接温度为700℃,升温速率为2℃·min-1,导电胶的涂覆层数为3、4层时泄露率最小,在0.03cm3·min-1·cm-10.04cm3·min-1·cm-1之间。掺杂15mass%Al 2 O 3陶瓷颗粒可将导电胶的热膨胀系数从20×10 -6 K-1降到15×10-6℃-1,大大改善了封接材料和其它电池组元的热匹配性。确定采用掺杂与未掺杂Al 2 O3的银导电胶梯度材料体系封接Ni-YSZ/SUS430模拟电池,其最小泄露率为0.035cm3·min-1·cm-1,采用复合银导电胶封接的模拟电池具有良好的热稳定性和抗热冲击能力。最后,文中对改性的陶瓷纤维材料在单体电池中应用进行研究,并进一步改进了连接体结构,实现了压实陶瓷纤维与银导电胶复合封接,充分发挥两种封接材料的优势。采用银导电胶复合封接的单体电池放电前后泄露率不变。800℃下单体电池的开路电压5h内稳定在1.04V左右,并且单体电池的最大功率1.32W,最大功率密度为146mW·cm-2。采用陶瓷纤维/银导电胶复合封接单体电池的泄露率基本在0.1cm3·min-1·cm-10.2cm3·min-1·cm-1之间。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题背景及研究意义1.2 固体氧化物燃料电池（SOFC）概述1.2.1 固体氧化物燃料电池的工作原理1.2.2 SOFC的优点及分类1.3 平板式SOFC（pSOFC）封接材料概述1.3.1 平板式SOFC封接理论1.3.2 pSOFC对封接材料的要求1.3.3 pSOFC封接方法分类1.4 pSOFC封接材料的研究现状1.4.1 玻璃、玻璃陶瓷封接材料的研究现状及分析1.4.2 金属封接材料的研究现状及分析1.4.3 压实封接材料的研究现状及分析1.4.4 其它材料的研究现状及分析1.5 本课题的研究内容1.5.1 本研究课题的来源1.5.2 课题的研究内容第2章 实验方法2.1 实验药品与仪器设备2.1.1 实验药品2.1.2 实验仪器2.2 测试方法2.2.1 模拟电池泄露率测试方法2.2.2 SOFC电堆泄露率测试方法2.2.3 热膨胀性能测试2.2.4 表面形貌测试2.2.5 热循环性能测试2.2.6 热稳定性能测试2.2.7 粒度分布测试2.2.8 开路电压测试第3章 Ag-CuO封接体系的研究3.1 Ag-CuO封接材料的制备3.2 封接工艺的研究3.2.1 封接方法对气密性的影响3.2.2 封接温度对气密性的影响3.2.3 连接体表面处理对气密性的影响3.2.4 Cu含量对气密性的影响3.3 热稳定性能测试3.4 热循环性能测试3.5 Ag-CuO材料与SOFC其它组件的热匹配性测试3.6 本章小节第4章 银导电胶封接体系的研究4.1 银导电胶封接材料的制备4.2 银导电胶材料封接工艺的研究4.2.1 银导电胶材料的热重分析2 陶瓷/PEN电池片的气密性'>4.2.2 采用银导电胶封接ZrO2陶瓷/PEN电池片的气密性4.2.3 采用银导电胶封接连接体 SUS430/PEN 电池片的气密性4.3 银导电胶材料热匹配性测试4.3.1 银导电胶材料的热匹配性4.3.2 银导电胶材料热匹配性改进方法2O3含量对封接材料热膨胀系数的影响'>4.3.3 掺杂Al2O3含量对封接材料热膨胀系数的影响2O3含量对封接材料气密性的影响'>4.3.4 掺杂Al2O3含量对封接材料气密性的影响4.3.5 Ni-YSZ/掺杂银导电胶/SU5430 封接界面微观结构分析4.4 热稳定性能测试4.4.1 银导电胶材料在空气中的挥发率测试4.4.2 复合银导电胶封接模拟电池的热稳定性4.5 热循环性能测试4.6 与Ag-CuO材料体系性能比较4.7 本章小结第5章 银导电胶/陶瓷纤维复合材料在电堆封接中的应用5.1 单独采用陶瓷纤维封接电堆的气密性2前后单体电池气密性变化'>5.1.1 陶瓷纤维浸渍SiO2前后单体电池气密性变化5.1.2 三种陶瓷纤维封接体系改进方法5.2 连接体结构的改进5.3 陶瓷纤维/银导电胶复合材料封接电堆的气密性5.3.1 复合银导电胶材料封接单体电池的泄露率5.3.2 陶瓷纤维/银导电胶复合材料封接电堆的泄露率5.4 本章小节结论参考文献攻读硕士学位期间发表的学术论文致谢
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