專利名稱:一種用于固體氧化物燃料電池的高溫封接材料及制備方法
技術領域:
本發(fā)明提出一種固體氧化物燃料電池的封接材料及制備方法,該封接材料屬于無機非金屬材料。
背景技術:
固體氧化物燃料電池(簡稱SOFC)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置,通過燃料氣(如H2、CO等)和氧化劑(如O2)的電化學反應把化學能轉(zhuǎn)化為電能,SOFC的工作溫度一般在800-1000℃,并且有強氧化性和還原性氣體存在,如果電池元件或元件間的連接處有泄漏,會導致電池堆結構和功能上的失敗,甚至發(fā)生爆炸。因此,密封材料的熱膨脹性能要與其他元件相配合,并且具有良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。
與本發(fā)明相近的現(xiàn)有技術有BaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)封接材料和CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)封接材料,其中BaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)封接材料的主要成分包括BaO、Al2O3、SiO2,該封接材料熱性能匹配好,抗氧化還原性好,易于與陶瓷材料元件結合,但這種封接材料穩(wěn)定性較差,在封接溫度稍高時,封接材料就呈現(xiàn)疏松狀,有嚴重的漏氣現(xiàn)象。CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)封接材料的主要成分包括CaO、Al2O3、SiO2,該封接材料具有氣密性好,抗氧化還原性高,易與陶瓷材料元件結合的特點,但該材料與其它電池元件的熱性能匹配較差,在升溫和降溫過程中會造成電池元件的損壞。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的封接材料屬于BaO-CaO-Al2O3-SiO2系列,該材料由BaO、CaO、Al2O3、SiO2、La2O3、B2O3組成,其中各組分的質(zhì)量百分比分別為BaO43-48%;CaO2.1-2.8%;Al2O38-14%;SiO215-20%;La2O311-13.5%;B2O312.0-12.8%。
本發(fā)明中的制備方法按以下步驟實現(xiàn)1.混料按組分和比例將原料均勻混合;2.高溫熔融將混合均勻的原料在1300-1600℃溫度下熔融2-6小時;3.粉碎將熔融的玻璃態(tài)物質(zhì)在冰水中淬火取出,在40-60℃溫度下烘干,經(jīng)球磨形成粉末;4.分級將制好的粉末用200目篩子過篩,得到玻璃粉備用;5.復配將玻璃粉和有機粘結劑按5∶1的質(zhì)量比混合研磨形成糊狀,得到封接材料。
上述步驟5中的有機粘結劑為松油醇和乙基纖維素按19∶1配制。
本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術不足,設計出不同原料組成的封接材料,該封接材料具有氣密性好,熱性能匹配好,熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性高的特點,從而達到提高電池的性能,延長電池壽命的目的。
具體實施例方式實施例1取BaCO349.8g,CaO2.52g,Al2O39.0g,SiO216.13g,La2O312.15g,B2O311.5g,混合均勻后,放入50ml瑪瑙球磨罐中,用行星式球磨機混研4小時,取出后放入石墨坩堝中在高溫程序爐中于1500℃條件下熔融5小時,于冰水中淬火取出,在40-60℃溫度下烘干后用球磨機研磨成粉,用200目篩子過篩,取得待用的玻璃粉,按質(zhì)量比10∶1稱取玻璃粉和乙基纖維素,在瑪瑙研缽中研磨10分鐘,使其混合均勻,再以19倍乙基纖維素的質(zhì)量稱取松油醇,將三種物質(zhì)混合均勻呈粘稠的糊狀,得到封接材料。該材料應用時的線性熱膨脹系數(shù)為12.13×10-6/K。
實施例2取BaCO350.99g,CaO2.37g,Al2O38.3g,SiO218g,La2O310.6g,B2O311.3g,混合均勻后,放入50ml瑪瑙球磨罐中,用行星式球磨機混研4小時,取出后放入石墨坩堝中在高溫程序爐中于1500℃條件下熔融5小時,于冰水中淬火取出,在40-60℃溫度下烘干后用球磨機研磨成粉,用200目篩子過篩,取得待用的玻璃粉,按質(zhì)量比10∶1稱取玻璃粉和乙基纖維素,在瑪瑙研缽中研磨10分鐘,使其混合均勻,再以19倍乙基纖維素的質(zhì)量稱取松油醇,將三種物質(zhì)混合均勻呈粘稠的糊狀,得到封接材料。該材料應用時的線性熱膨脹系數(shù)為11.35×10-6/K。
實施例3取BaCO351.5g,CaO2.0g,Al2O310.4g,SiO215.17g,La2O311.07g,B2O311.36g,混合均勻后,放入50ml瑪瑙球磨罐中,用行星式球磨機混研4小時,取出后放入石墨坩堝中在高溫程序爐中于1500℃條件下熔融5小時,于冰水中淬火取出,在40-60℃溫度下烘干后用球磨機研磨成粉,用200目篩子過篩,取得待用的玻璃粉,按質(zhì)量比10∶1稱取玻璃粉和乙基纖維素,在瑪瑙研缽中研磨10分鐘,使其混合均勻,再以19倍乙基纖維素的質(zhì)量稱取松油醇,將三種物質(zhì)混合均勻呈粘稠的糊狀,得到封接材料。該材料應用時的線性熱膨脹系數(shù)為10.34×10-6/K。
實施例4取BaCO352.66g,CaO2.2g,Al2O312.6g,SiO213.5g,La2O310.0g,B2O310.8g,混合均勻后,放入50ml瑪瑙球磨罐中,用行星式球磨機混研4小時,取出后放入石墨坩堝中在高溫程序爐中于1500℃條件下熔融5小時,于冰水中淬火取出,在40-60℃溫度下烘干后用球磨機研磨成粉,用200目篩子過篩,取得待用的玻璃粉,按質(zhì)量比10∶1稱取玻璃粉和乙基纖維素,在瑪瑙研缽中研磨10分鐘,使其混合均勻,再以19倍乙基纖維素的質(zhì)量稱取松油醇,將三種物質(zhì)混合均勻呈粘稠的糊狀,得到封接材料。該材料應用時的線性熱膨脹系數(shù)為11.07×10-6/K。
實施例5取BaCO355.6g,CaO1.9g,Al2O37.2g,SiO215.2g,La2O311.5g,B2O311.0g,混合均勻后,放入50ml瑪瑙球磨罐中,用行星式球磨機混研4小時,取出后放入石墨坩堝中在高溫程序爐中于1500℃條件下熔融5小時,于冰水中淬火取出,在40-60℃溫度下烘干后用球磨機研磨成粉,用200目篩子過篩,取得待用的玻璃粉,按質(zhì)量比10∶1稱取玻璃粉和乙基纖維素,在瑪瑙研缽中研磨10分鐘,使其混合均勻,再以19倍乙基纖維素的質(zhì)量稱取松油醇,將三種物質(zhì)混合均勻呈粘稠的糊狀,得到封接材料。該材料應用時的線性熱膨脹系數(shù)為10.09×10-6/K。
權利要求
1.一種用于固體氧化物燃料電池的高溫封接材料,其特征在于由BaO、CaO、Al2O3、SiO2、La2O3、B2O3組成,其中各組分的質(zhì)量百分比分別為BaO43-48%;CaO2.1-2.8%;Al2O38-14%;SiO215-20%;La2O311-13.5%;B2O312.0-12.8%。
2.一種用于固體氧化物燃料電池的高溫封接材料的制備方法,其特征在于按以下步驟實現(xiàn)(1)混料按組分和比例將原料均勻混合;(2)高溫熔融將混合均勻的原料在1300-1600℃溫度下熔融2-6小時;(3)粉碎將熔融的玻璃態(tài)物質(zhì)在冰水中淬火取出,在40-60℃溫度下烘干,經(jīng)球磨形成粉末;(4)分級將制好的粉末用200目篩子過篩,得到玻璃粉備用;(5)復配將玻璃粉和有機粘結劑按5∶1的質(zhì)量比混合研磨形成糊狀,得到封接材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法,其特征在于有機粘結劑為松油醇和乙基纖維素按19∶1配制。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于固體氧化物燃料電池的高溫封接材料及制備方法,該封接材料由BaO、CaO、La
文檔編號H01M8/02GK1660954SQ20041001358
公開日2005年8月31日 申請日期2004年2月25日 優(yōu)先權日2004年2月25日
發(fā)明者孫克寧, 孔江榕, 樸金花, 劉蘭毅, 周德瑞 申請人:哈爾濱工業(yè)大學