CN101312239A - 平板型固体氧化物燃料电池堆密封方法及其专用密封件 - Google Patents
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Abstract
一种平板型固体氧化物燃料电池堆密封方法，其特征在于采用密封玻璃作为密封基础材料，NiO粉末为阳极涂层、LSM阴极粉末为阴极涂层原料，NiO粉末、LSM阴极粉末制成喷涂溶液，随后根据需要分别喷涂于密封玻璃的侧面，干燥后的密封材料用于电池堆中单电池与不锈钢连接件或单电池与其他组件的密封。本发明还公开了对应专用密封件。它可大大提高密封材料的化学稳定性，并降低其热膨胀系数至与被密封组件一致的程度，从而可极大减小固体氧化物燃料电池堆热循环过程中的热应力，促进密封和提高燃料电池寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池堆密封方法和相关密封件的技术领域。
背景技术
平板型的固体氧化物燃料电池堆中，单电池与连接件、单电池与其他组件的密封对于防止燃料和氧化气体的泄漏，从而混合爆炸显得尤为关键。高温固体氧化物燃料电池在高温运行过程中，单电池与金属连接件和其他组件之间的密封要求具有相近的热膨胀系数和化学相容性。因此，发明一种性能稳定、热膨胀系数与单电池相近的复合密封方法具有重要的作用。
现有公开的专利，如CN 1825672A、CN 1649186A、CN 1494176A、CN 1599092A等所描述的密封方法有采用微晶玻璃、玻璃基体和陶瓷纤维组成的混合物等为密封材料。然而，现有的密封材料技术在固体氧化物燃料电池热循环过程中，由于热膨胀系数的不同和化学稳定性的不稳定，导致燃料电池运行过程中出现密封材料与密封部件出现间隙、密封材料表面剥落或电池开裂等问题。所以需要进一步改进和设计。
本发明所述用于固体氧化物燃料电池堆中单电池与不锈钢连接件或其他元部件之间的密封，它是针对固体氧化物燃料电池单电池与不锈钢连接件、单电池与其他组件之间密封的新方法。本申请人采用密封玻璃+喷涂+YSZ或LSM阴极粉末+固体氧化物燃料电池(Sealing glass+Spray+NiO or LSM powder+Solid oxide fuel cell)作为关键词检索了美国的《金属文摘》(Metals Abstracts)、美国的《工程文摘索引》(EI)、我国的《中国期刊网》和《维普中文期刊数据库》等科技文献索引，均没有查到完全相关文献。申请人还检索了美国专利文摘和欧洲专利文摘(EP&PCT)与《中国专利信息网》也没有发现同类专利。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题是提供一种平板型固体氧化物燃料电池堆密封方法，它可大大提高密封材料的化学稳定性，并降低其热膨胀系数至与被密封组件一致的程度，从而可极大减小固体氧化物燃料电池堆热循环过程中的热应力，促进密封和提高燃料电池寿命。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种上述方法中专用密封件，促进密封和提高燃料电池寿命。
本发明解决上述首要技术问题所采用的技术方案为：一种平板型固体氧化物燃料电池堆密封方法，其特征在于采用密封玻璃作为密封基础材料，NiO粉末为阳极涂层、LSM阴极粉末为阴极涂层原料，NiO粉末、LSM阴极粉末制成喷涂溶液，随后根据需要喷涂于密封玻璃的侧面，干燥后的密封材料用于电池堆中单电池与不锈钢连接件或单电池与其他组件的密封。
作为优选，所述的密封玻璃的涂层厚度在5～15μm范围，玻璃厚度在0.1～0.3mm范围，便于在实际的平板型固体氧化物燃料电池堆密封上使用。
所述的喷涂溶液是采用40～60wt.％乙醇和60～40wt.％聚乙二醇作为溶剂，粉末粒子大小在4.5～10μm范围，喷涂溶液的浓度为20～30wt％范围，便于喷涂使用。
本发明解决上述另一个技术问题所采用的技术方案为：一种平板型固体氧化物燃料电池堆密封方法中专用密封件，其采用密封玻璃作为密封基础材料，密封玻璃的侧面分别涂有NiO粉末的阳极涂层或LSM阴极粉末的阴极涂层。
所述的密封玻璃的涂层厚度在5～15μm范围，玻璃厚度在0.1～0.3mm范围。
所述的粉末粒子大小在4.5～10μm范围。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用上述密封方法，可大大提高密封材料的化学稳定性，并降低其热膨胀系数至与被密封组件一致的程度，而热稳定性的提高和热膨胀系数的降低，可极大减小固体氧化物燃料电池堆热循环过程中的热应力，促进密封和提高燃料电池寿命，所以，采用经过NiO、LSM等粉末为喷涂原料喷涂过的密封玻璃为复合密封材料，可对固体氧化物燃料电池堆中单电池与不锈钢连接件以及其他元部件之间的密封，并取得显著实际效果。
附图说明
图1为固体氧化物燃料电池堆的局部切除透视图，图号为1，3，5，7-密封玻璃，4-密封隔板，2-单电池，6-不锈钢连接件，两个密封玻璃夹一个密封隔板组成密封组件，如3、4、5组成一个密封组件。
图2为固体氧化物燃料电池堆中单电池与不锈钢连接件密封示意图；图号为8-430不锈钢连接件；9-涂层；10-密封玻璃；11-单电池。
图3为复合密封材料局部放大示意图，图号为12-LSM涂层；13-密封玻璃；14-NiO涂层。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述。
如图1-2所示意，电池堆中单电池11与430不锈钢连接件8之间的密封。电池堆装配过程中，单电池11与单电池11之间有一个隔开氢气和氧气的连接件，该板为430不锈钢连接件8。该连接件8一侧和单电池11阴极接触，一侧和单电池11阳极接触，即一边通氧气，一边通氢气。该连接件8在通氧气的一层喷涂LSM阴极粉末，在通氢气的一侧镀镍。为了防止氢气泄漏，从而和氧气混合爆炸。在连接件周边与单电池接触的两边需要添加一个密封材料组件，其中密封材料通常为密封玻璃10。由于密封玻璃的热膨胀系数与单电池不同及其不够良好的化学稳定性，因此在与单电池11阴极接触的密封玻璃10一侧喷涂上一层10μm左右的LSM粉末涂层9，与喷涂LSM不锈钢连接件接触的一层，同样也喷涂一层10μm左右的LSM粉末涂层9，做成了专用密封件，密封在单电池阴极与不锈钢连接件之间。在与单电池阳极和镀镍不锈钢连接件一层之间也添加一层密封玻璃10，该密封玻璃10两侧均涂上一层10μm左右的NiO粉末涂层9，做成了专用密封件，密封在单电池阳极和镀镍不锈钢连接件之间。在电池堆运行过程中，密封玻璃一层的NiO涂层被氢气还原为Ni涂层，其化学稳定性和热膨胀系数与镀镍不锈钢连接件完全一致，从而最大程度的减小了热循环过程中产生的热应力和最大程度的提高了其化学稳定性。
当然，在某些密封场合，可以采用0.1～0.3mm厚度的密封玻璃13作为密封基础材料，4.5μm粒子大小的NiO粉末、LSM阴极粉末分别制成喷涂溶液，溶剂是50wt.％乙醇和50wt.％聚乙二醇，并控制质量浓度在20～30％范围，从而在密封玻璃13的两侧面分别喷涂上NiO涂层14为阳极涂层、LSM涂层12为阴极涂层，干燥后做成专用密封件，如图3所示意，各个涂层厚度在15μm左右，干燥后的密封材料可以用于电池堆中单电池与不锈钢连接件或单电池与其他组件的密封。
Claims (8)
1、一种平板型固体氧化物燃料电池堆密封方法，其特征在于采用密封玻璃作为密封基础材料，NiO粉末为阳极涂层、LSM阴极粉末为阴极涂层原料，NiO粉末、LSM阴极粉末制成喷涂溶液，随后根据需要喷涂于密封玻璃的侧面，干燥后的密封材料用于电池堆中单电池与不锈钢连接件或单电池与其他组件的密封。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的密封玻璃的涂层厚度在5～15μm范围，玻璃厚度在0.1～0.3mm范围。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的喷涂溶液是采用40～60％(wt)乙醇和60～40％(wt)聚乙二醇作为溶剂，粉末粒子大小在4.5～10μm范围，喷涂溶液的浓度为20～30％范围。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的喷涂溶液是采用50％(wt)乙醇和50％(wt)聚乙二醇作为溶剂。
5、一种平板型固体氧化物燃料电池堆密封方法中专用密封件，其特征在于采用密封玻璃作为密封基础材料，密封玻璃的侧面分别涂有NiO粉末的阳极涂层或LSM阴极粉末的阴极涂层。
6、根据权利要求5所述的密封件，其特征在于所述的密封玻璃的涂层厚度在5～15μm范围，玻璃厚度在0.1～0.3mm范围。
7、根据权利要求6所述的密封件，其特征在于所述的粉末粒子大小在4.5～10μm范围。
8、根据权利要求7所述的密封件，其特征在于所述的密封玻璃的两个侧面同时涂有NiO粉末的阳极涂层，或者是密封玻璃的两个侧面同时涂有LSM阴极粉末的阴极涂层，或者是密封玻璃的两个侧面分别涂有NiO粉末的阳极涂层或LSM阴极粉末的阴极涂层。
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