CN102790196A - 耐高温金属连接件、其制备方法及固体氧化物燃料电池堆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐高温金属连接件，包括：金属连接件基底；复合在所述金属连接件基底表面的合金粉体涂层；复合在所述合金粉体涂层表面的钙钛矿涂层。本发明还提供了一种上述技术方案所述的耐高温金属连接件的制备方法，包括以下步骤：采用等离子喷涂的方法向金属连接件基底表面喷涂合金粉体，在所述金属连接件基底上形成合金粉体层；采用等离子喷涂的方法向所述合金粉体层表面喷涂钙钛矿粉体，在所述合金粉体层上形成钙钛矿涂层。本发明还提供了一种固体氧化物燃料电池堆。本发明提供的耐高温金属连接件可用于固体氧化物燃料电池堆，其界面结合紧密、欧姆电阻值低，能够提高燃料电池堆的输出性能，降低其衰减速度，最终提高其使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，尤其涉及一种耐高温金属连接件及固体氧化物燃料电池堆。
背景技术
随着固体氧化物燃料电池(SOFC)的工作温度降低到850℃以下，金属材料成为了固体氧化物燃料电池堆中连接件的首选，尤其是铁素体合金材料，如Fe-16Cr、Fe～22Cr等。但是，Fe-Cr合金连接件在SOFC的工作温度下会发生高温氧化，其表面的Cr元素也容易挥发，从而加速电池堆寿命的衰减。
现有技术一般通过在连接件表面制备一层致密的高温防护涂层，以避免高温氧化和Cr元素的挥发。目前主要有以下三类高温防护涂层：
(1)氮化物涂层
氮化物涂层主要采用真空沉积(PVD)方法制备得到，包括CrN/AlN、Cr-Al-O-N、TiAlN和SmCoN等。氮化物涂层能够获得较低的金属连接件面电阻，有效防止高温氧化和Cr元素挥发，但是，氮化物高温不稳定，而且涂层的制备成本高、沉积率低，限制了其应用。
(2)尖晶石涂层
尖晶石涂层具有更好的高温性能，主要包括含Cr尖晶石和无Cr尖晶石。其中，含Cr尖晶石依然存在Cr元素挥发的问题；无Cr尖晶石，如(Mn，Co)3O4等则能够有效防止高温氧化和Cr元素挥发。但是，尖晶石一般采用湿法涂层后高温烧结数百小时的方法形成涂层或者先在连接件上涂层Mn、Co等合金再氧化后得到，制备方法复杂、不利于工业上大范围的推广。
(3)钙钛矿涂层
钙钛矿涂层结构通常为ABO3型，其中，A为La、Ce、Pr或Nb等，B为Co、Mn、Fe、Cr、Cu或V等，如LaCrO3、LaMnO3或La(Co，Fe)O3等。钙钛矿涂层可采用等离子喷涂、湿法喷涂后烧结或雾化沉积等多种方法制备得到，能够有效防止高温氧化和Cr元素挥发，是目前固体氧化物燃料电池堆金属连接件最常用的涂层。
在金属连接件上制备钙钛矿涂层的方法中，等离子体喷涂法由于具有工艺简单、成本较低的优点而被广泛使用。在采用等离子喷涂法制备钙钛矿的过程中，首先需要对金属连接件进行喷砂等表面处理，由于喷砂过程中需要使用0.5MPa～0.6MPa的高压气体，容易导致金属连接件变形，影响金属连接件的使用。另外，钙钛矿涂层与金属连接件表面的结合力较低，欧姆电阻值较高，且在高温下容易脱落，影响固体氧化物燃料电池堆的输出性能和使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种耐高温金属连接件、其制备方法及固体氧化物燃料电池堆，本发明提供的耐高温金属连接件可在850℃下使用，用于固体氧化物燃料电池堆时欧姆电阻值较低。
本发明提供了一种耐高温金属连接件，包括：
金属连接件基底；
复合在所述金属连接件基底表面的合金粉体涂层；
复合在所述合金粉体涂层表面的钙钛矿涂层。
优选的，所述合金粉体涂层中的合金粉体为Cr基合金粉体。
优选的，所述Cr基合金粉体为Fe-Cr合金粉体或Ni-Cr合金粉体。
优选的，所述合金粉体涂层中的合金粉体的粒度为0.01mm～0.15mm。
优选的，所述合金粉体涂层的厚度为0.02mm～0.2mm。
优选的，所述钙钛矿涂层中的钙钛矿为锶掺杂的锰酸镧、锶掺杂的钴酸镧或锶和铁掺杂的钴酸镧。
优选的，所述钙钛矿涂层中钙钛矿的粒度为0.01mm～0.15mm。
优选的，所述钙钛矿涂层的厚度为0.02mm～0.15mm。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的耐高温金属连接件的制备方法，包括以下步骤：
采用等离子喷涂的方法向金属连接件基底表面喷涂合金粉体，在所述金属连接件基底上形成合金粉体层；
采用等离子喷涂的方法向所述合金粉体层表面喷涂钙钛矿粉体，在所述合金粉体层上形成钙钛矿涂层。
本发明还提供了一种固体氧化物燃料电池堆，包括：堆叠结构和容纳所述堆叠结构的壳体，其中，所述堆叠结构包括：
两个以上固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池包括依次堆叠的集流层、阴极、电解质层和阳极；
相邻两个固体氧化物燃料电池通过上述技术方案所述的耐高温金属连接件相堆叠。
与现有技术相比，本发明提供的耐高温金属连接件包括：金属连接件基底；复合在所述金属连接件基底表面的合金粉体涂层；复合在所述合金粉体涂层表面的钙钛矿涂层。本发明在金属连接件基底和钙钛矿涂层之间设置了一层合金粉体涂层，所述合金粉体涂层能够在金属连接件基底上形成粗糙表面，从而无需进行喷砂处理，不会使金属连接件基底发生变形。所述合金粉体涂层能够增强金属连接件基底与钙钛矿涂层之间的相容性，从而提高钙钛矿涂层与金属连接件基底之间的结合力，钙钛矿涂层不易脱落，更适于高温环境下使用，如在工作温度为850℃的固体氧化物燃料电池堆中使用，不易发生高温氧化。
本发明提供的耐高温金属连接件可用于固体氧化物燃料电池堆，其界面结合紧密、欧姆电阻值低，能够提高燃料电池堆的输出性能，降低其衰减速度，最终提高其使用寿命。实验表明，采用本发明提供的耐高温金属连接件制备的固体氧化物燃料电池堆的输出性能、输出功率密度、欧姆电阻值等与未进行涂层的金属连接件的相应性能基本无差别。
附图说明
图1为本发明实施例提供的耐高温金属连接件的结构示意图；
图2为本发明实施例2制备的固体氧化物燃料电池堆的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的单电池13和燃料电池堆单元18的电流-电压-功率密度曲线；
图4为本发明实施例2提供的单电池16和燃料电池堆单元19的电流-电压-功率密度曲线；
图5为本发明实施例2提供的单电池13和燃料电池堆单元18的阻抗曲线；
图6为本发明实施例2提供的单电池16和燃料电池堆单元19的阻抗曲线；
图7为本发明比较例2制备的固体氧化物燃料电池堆的结构示意图；
图8为本发明比较例2提供的单电池63和燃料电池堆单元68的电流-电压-功率密度曲线；
图9为本发明比较例2提供的单电池66和燃料电池堆单元69的电流-电压-功率密度曲线；
图10为本发明比较例2提供的单电池63和燃料电池堆单元68的阻抗曲线；
图11为本发明比较例2提供的单电池66和燃料电池堆单元69的阻抗曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种耐高温金属连接件，包括：
金属连接件基底；
复合在所述金属连接件基底表面的合金粉体涂层；
复合在所述合金粉体涂层表面的钙钛矿涂层。
参见图1，图1为本发明实施例提供的耐高温金属连接件的结构示意图，其中，1为金属连接件基底，2为复合在金属连接件1表面的合金粉体涂层，3为复合在合金粉体涂层2表面的钙钛矿涂层。
本发明提供的耐高温金属连接件具有金属连接件基底/合金粉体涂层/钙钛矿涂层的结构，其中，合金粉体涂层能够增强金属连接件基底与钙钛矿涂层之间的相容性，从而提高钙钛矿涂层与金属连接件基底之间的结合力，钙钛矿涂层不易脱落，更适于高温环境下使用，如在工作温度为850℃的固体氧化物燃料电池堆中使用，不易发生高温氧化。
在本发明中，所述金属连接件基底为能够起连接作用的金属部件，本领域技术人员可以根据该金属连接件的使用环境采用不同材质、不同形状、不同结构的金属连接件基底。在本发明中，所述金属连接件基底优选为用于固体氧化物燃料电池堆的金属连接件，其材质优选为铁素体合金材料，更优选为Fe-Cr合金；其厚度优选为1.0mm～2.5mm，更优选为1.5mm～2mm。
在本发明中，所述合金粉体涂层为由合金粉体在所述金属连接件基底表面形成的涂层，能够增强金属连接件基底与钙钛矿涂层的相容性，从而提高钙钛矿涂层与金属连接件基底之间的结合力，降低其欧姆电阻值。所述合金粉体优选为Cr基合金粉体，更优选为Fe-Cr合金粉体或Ni-Cr合金粉体；所述合金粉体优选为球形、流动性好的合金粉体，所述合金粉体的粒度优选为0.01mm～0.015mm，更优选为0.02mm～0.13mm。所述合金粉体涂层的厚度优选为0.02mm～0.20mm，更优选为0.05mm～0.15mm。
在本发明中，所述钙钛矿涂层为由钙钛矿粉体在所述合金粉体涂层表面形成的涂层，是耐高温的关键部分。所述钙钛矿优选为锶掺杂的锰酸镧、锶掺杂的钴酸镧或锶和铁掺杂的钴酸镧，更优选为锶掺杂的锰酸镧。当所述耐高温金属连接件用于固体氧化物燃料电池堆时，所述钙钛矿与所述固体氧化物燃料电池阴极材料一致。所述钙钛矿优选为球形、流动性好的钙钛矿，其粒度优选为0.01mm～0.015mm，更优选为0.02mm～0.13mm。所述钙钛矿涂层的厚度优选为0.02mm～0.20mm，更优选为0.05mm～0.15mm。
本发明提供的耐高温金属连接件可在850℃下使用，其各层之间结合紧密，欧姆电阻值低，特别适合用作固体氧化物燃料电池堆金属连接件。
本发明还提供了上述耐高温金属连接件的制备方法，包括以下步骤：
采用等离子喷涂的方法向金属连接件基底表面喷涂合金粉体，在所述金属连接件基底上形成合金粉体层；
采用等离子喷涂的方法向所述合金粉体层表面喷涂钙钛矿粉体，在所述合金粉体层上形成钙钛矿涂层。
首先采用等离子喷涂的方法向金属连接件基底表面喷涂合金粉体，在所述金属连接件基底上形成合金粉体层。在进行喷涂前，首先将所述合金粉体烘干，将所述金属连接件基底进行预热，所述预热优选采用空走喷枪的方法或者烘箱预热的方法，预热温度优选为50℃～250℃，更优选为100℃～200℃。
在将所述金属连接件基底进行预热之前，优选采用去离子水或酒精对所述金属连接件基底进行吹洗，按照本领域技术人员熟知的方法干燥后牢固固定于平整底座上，以避免喷涂时错位或高低不平引起的涂层厚度不均匀。
将所述金属连接件基底预热后，将烘干的合金粉体送入等离子喷涂送粉装置内，在氮气保护下进行等离子喷涂。在进行等离子喷涂时，所述喷涂距离和喷涂时的电流可以根据金属连接件基底材料、合金粉体的组成进行调节，以便得到合适的合金粉体层。
按照本发明，在所述金属连接件基底上喷涂的合金粉体层表面粗糙的涂层。
在所述金属连接件基底表面形成合金粉体涂层后，继续进行等离子喷涂，在所述合金粉体层表面形成钙钛矿涂层。首先将钙钛矿粉体进行干燥，然后将所述干燥的钙钛矿粉体送入等离子喷涂送粉装置内，在氮气保护下进行第二次喷涂。
为避免交叉污染，所述钙钛矿粉体送粉装置与所述合金粉体送粉装置为不同的送粉装置。在进行钙钛矿粉体喷涂时，所述喷涂距离和喷涂时的电流根据合金粉体成分和钙钛矿粉体成分进行调节，以便得到合适的钙钛矿涂层。
在所述合金粉体涂层上形成钙钛矿涂层后，优选对所述钙钛矿涂层进行气体吹洗，得到具有金属连接件基底/合金粉体涂层/钙钛矿涂层结构的耐高温金属连接件。
本发明提供的耐高温金属连接件可耐850℃高温，具有较低的欧姆电阻值，具有广泛的用途，尤其适用于固体氧化物燃料电池堆。
本发明还提供了一种固体氧化物燃料电池堆，包括：堆叠结构和容纳所述堆叠结构的壳体，其中，所述堆叠结构包括：
两个以上固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池包括依次堆叠的集流层、阴极、电解质层和阳极；
相邻两个固体氧化物燃料电池通过上述技术方案所述的耐高温金属连接件相堆叠。
本发明提供的固体氧化物燃料电池堆由具有集流层的固体氧化物燃料电池通过上述耐高温金属连接件连接而成，由于采用的金属连接件欧姆电阻值小、钙钛矿涂层不易脱落，所述固体氧化物燃料电池堆具有良好的输出性能和较低的衰减速率，从而具有较高的使用寿命。
本发明提供的固体氧化物燃料电池堆包括堆叠结构，所述堆叠结构为若干固体氧化物燃料电池通过金属连接件连接形成的结构，包括：
两个以上固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池包括依次堆叠的集流层、阴极、电解质层和阳极；
相邻两个固体氧化物燃料电池通过上述技术方案所述的耐高温金属连接件相堆叠。
所述固体氧化物燃料电池包括依次堆叠的集流层、阴极、电解质层和阳极，即所述固体氧化物燃料电池包括：
阳极；
与所述阳极相接触的电解质层；
与所述电解质层相接触的阴极；
与所述阴极相接触的集流层。
本发明对所述阳极没有特殊限制，本领域技术人员熟知的多孔阳极支撑材料或者阳极均可。
本发明对所述电解质层没有特殊限制，如YSZ等。
本发明对所述阴极没有特殊限制，锶掺杂的锰酸镧、锶掺杂的钴酸镧或锶和铁掺杂的钴酸镧，更优选为锶掺杂的锰酸镧等均可。
在本发明中，所述集流层的作用在于将所述固体氧化物燃料电池产生的电流进行传导，本发明对所述集流层没有特殊限制，本领域技术人员熟知的、用于固体氧化物燃料电池的集流层即可。
在本发明，所述固体氧化物燃料电池可以直接使用市场上购买的固体氧化物燃料电池片，如中国科学院宁波材料技术与工程研究所生产的SOFC单电池等，与集流层复合后形成。
将若干固体氧化物燃料电池通过上文所述的耐高温金属连接件连接后即可得到堆叠结构。在所述堆叠结构中，相邻两个固体氧化物燃料电池分别记为第一固体氧化物燃料电池和第二固体氧化物燃料电池，采用所述耐高温金属连接件将第一固体氧化物燃料电池的集流层与第二固体氧化物燃料电池的阳极相连接。
本发明提供的固体氧化物燃料电池堆还包括壳体，所述壳体用于容纳所述堆叠结构，形成可直接使用的固体氧化物燃料电池堆。本发明对所述壳体没有特殊限制。
以氢气为燃料、空气为氧化剂使所述固体氧化物燃料电池堆在850℃下工作，对所述固体氧化燃料电池堆进行输出性能测试和阻抗性能测试，结果表明，采用上述耐高温金属连接件后固体氧化物燃料电池堆的输出性能和阻抗性能与采用未涂层的金属连接件的固体氧化物燃料电池堆的性能基本无差别。由此可见，本发明提供的耐高温金属连接件用于固体氧化物燃料电池堆时，能够提高燃料电池堆的输出性能，降低其衰减速度，最终提高其使用寿命。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的耐高温金属连接件、其制备方法及固体氧化物燃料电池堆进行详细描述。
实施例1
以厚度为2mm的SUS430金属连接件作为金属连接件基底，用去离子水将所述金属连接件基底吹洗干净，干燥后牢固固定于平整底座上；将所述金属连接件基底在100℃下预热；将购自成都大光热喷涂材料有限公司的、型号为DG.Cr50、粒度为0.01mm～0.15mm的Ni-Cr合金粉末烘干后送入等离子喷涂机，在氮气保护下对所述预热后的金属连接件基底进行喷涂，得到1mm厚的合金粉末涂层；
将购自中国科学院宁波材料技术与工程研究所、粒度为0.01mm～0.15mm的LSM粉体烘干后送入等离子喷涂机，在氮气保护下对所述合金粉体涂层进行喷涂，在合金粉体涂层表面形成1mm厚的钙钛矿涂层，得到结构为金属连接件基底(2mm)/合金粉体涂层(1mm)/钙钛矿涂层(1mm)的金属连接件。
实施例2
以两个集流器、中国科学院宁波材料技术与工程研究所研发的生产批号分别为D110113-1和D110218-4的两个阳极支撑Ni-YSZ/YSZ/LSM单电池、两个厚度为2mm的SUS430金属连接件和实施例1制备的金属连接件为原料，按照图2所示的结构组装得到两单元燃料电池堆；图2为本发明实施例2制备的固体氧化物燃料电池堆的结构示意图，其中，11为实施例1制备的金属连接件，12为第一集流器，13为生产批号为D110113-1的单电池，14为第一SUS430金属连接件，15为第二集流器，16为生产批号为D110218-4的单电池，17为第二SUS430金属连接件，18为单电池13、集流器12和金属连接件11组成燃料电池堆单元，19为单电池16、集流器15和金属连接件14组成的燃料电池堆单元，其中，金属连接件11、金属连接件14和金属连接件17的两侧分别接有电压线，金属连接件11和金属连接件17的外侧分别接有电流线。
所述燃料电池堆以氢气为燃料、空气为氧化剂，氢气和空气的流量分别为7mL/cm2和18mL/cm2，将所述燃料电池堆由室温经过840min升温至850℃，保温2h后加压，待燃料电池堆性能达到稳定后，分别对单电池13、单电池16、燃料电池堆单元18和燃料电池堆单元19进行输出性能测试，结果参见图3和图4，图3为本发明实施例2提供的单电池13和燃料电池堆单元18的电流-电压-功率密度曲线，其中，曲线21为单电池13的电流-电压曲线，曲线22为燃料电池单元18的电流-电压曲线，曲线23为单电池13的电流-功率密度曲线，曲线24为燃料电池单元18的电流-功率密度曲线；图4为本发明实施例2提供的单电池16和燃料电池堆单元19的电流-电压-功率密度曲线，其中，曲线31为单电池16的电流-电压曲线，曲线32为燃料电池单元19的电流-电压曲线，曲线33为单电池16的电流-功率密度曲线，曲线34为燃料电池单元19的电流-功率密度曲线。
由图3和图4可知，采用本发明提供的涂有两层涂层的金属连接件得到的燃料电池反应堆的输出性能与单电池本身的输出性能基本一致，且输出功率密度也基本无差别；采用未进行涂层的金属连接件得到的燃料电池反应堆的输出性能与单电池本身的输出性能基本一致，且输出功率密度基本无差别。由此可知，本发明提供的涂有两层涂层的金属连接件中涂层界面结合紧密，其引起的电阻可忽略不计，不会对固体氧化物燃料电池的输出性能和使用寿命造成影响。
分别对单电池13、单电池16、燃料电池堆单元18和燃料电池堆单元19进行阻抗测试，单电池13与燃料电池堆单元18的阻抗之差即为金属连接件11的阻抗，单电池16与燃料电池堆单元19的阻抗之差即为金属连接件14的阻抗，结果参见图5和图6，图5为本发明实施例2提供的单电池13和燃料电池堆单元18的阻抗曲线，其中曲线41为单电池13的阻抗曲线，曲线42为燃料电池单元18的阻抗曲线；图6为本发明实施例2提供的单电池16和燃料电池堆单元19的阻抗曲线，其中，曲线51为单电池16的阻抗曲线，曲线52为燃料电池单元19的阻抗曲线。
由图5和图6可知，采用本发明提供的涂有两层涂层的金属连接件得到的燃料电池反应堆的欧姆电阻值与单电池本身的欧姆电阻值基本无差别，说明本发明提供的涂有两层涂层的金属连接件的电阻很小，基本可达到没有涂层的金属连接件的电阻值，从而说明该两层涂层界面结合紧密，并未增加金属连接件的电阻。
比较例1
以厚度为2mm的SUS430金属连接件作为金属连接件基底，用去离子水将所述金属连接件基底吹洗干净，干燥后牢固固定于平整底座上；在0.5MPa的压力下对所述金属连接件基底进行喷砂处理，得到粗糙表面；
将购自中国科学院宁波材料技术与工程研究所、粒度为0.01mm～0.15mm的LSM粉体烘干后送入等离子喷涂机，在氮气保护下对所述金属连接件基底的粗糙表面进行喷涂，在金属连接件基底表面形成1mm厚的钙钛矿涂层，得到结构为金属连接件基底(2mm)/钙钛矿涂层(1mm)的金属连接件。
比较例2
以两个集流器、中国科学院宁波材料技术与工程研究所研发的生产批号分别为D110114-1和D110114-5的两个阳极支撑Ni-YSZ/YSZ/LSM单电池、两个厚度为2mm的SUS430金属连接件和比较例1制备的金属连接件为原料，按照图7所示的结构组装得到两单元燃料电池堆；图7为本发明比较例2制备的固体氧化物燃料电池堆的结构示意图，其中，61为比较例1制备的金属连接件，62为第一集流器，63为生产批号为D110114-1的单电池，64为第一SUS430金属连接件，65为第二集流器，66为生产批号为D110114-5的单电池，67为第二SUS430金属连接件，68为单电池63、集流器62和金属连接件61组成燃料电池堆单元，69为单电池66、集流器65和金属连接件64组成的燃料电池堆单元，其中，金属连接件61、金属连接件64和金属连接件67的两侧分别接有电压线，金属连接件61和金属连接件67的外侧分别接有电流线。
所述燃料电池堆以氢气为燃料、空气为氧化剂，氢气和空气的流量分别为7mL/cm2和18mL/cm2，将所述燃料电池堆由室温经过840min升温至850℃，保温2h后加压，待燃料电池堆性能达到稳定后，分别对单电池63、单电池66、燃料电池堆单元68和燃料电池堆单元69进行输出性能测试，结果参见图8和图9，图8为本发明比较例2提供的单电池63和燃料电池堆单元68的电流-电压-功率密度曲线，其中，曲线71为单电池63的电流-电压曲线，曲线72为燃料电池单元68的电流-电压曲线，曲线73为单电池63的电流-功率密度曲线，曲线74为燃料电池单元68的电流-功率密度曲线；图9为本发明比较例2提供的单电池66和燃料电池堆单元69的电流-电压-功率密度曲线，其中，曲线81为单电池66的电流-电压曲线，曲线82为燃料电池单元89的电流-电压曲线，曲线83为单电池66的电流-功率密度曲线，曲线84为燃料电池单元69的电流-功率密度曲线。
由图8和图9可知，采用常规的涂有单层钙钛矿涂层的金属连接件得到的燃料电池反应堆的输出性能与单电池本身的输出性能相差较大，且输出功率密度相差也较大；而采用未进行涂层的金属连接件得到的燃料电池反应堆的输出性能与单电池本身的输出性能基本一致，且输出功率密度基本无差别。由此可知，常规的涂有单层钙钛矿涂层的金属连接件会增加界面接触电阻，从而对固体氧化物燃料电池的输出性能和使用寿命造成影响。
分别对单电池63、单电池66、燃料电池堆单元68和燃料电池堆单元69进行阻抗测试，单电池63与燃料电池堆单元68的阻抗之差即为金属连接件61的阻抗，单电池66与燃料电池堆单元69的阻抗之差即为金属连接件64的阻抗，结果参见图10和图11，图10为本发明比较例2提供的单电池63和燃料电池堆单元68的阻抗曲线，其中曲线91为单电池63的阻抗曲线，曲线92为燃料电池单元68的阻抗曲线；图11为本发明比较例2提供的单电池66和燃料电池堆单元69的阻抗曲线，其中，曲线101为单电池66的阻抗曲线，曲线102为燃料电池单元69的阻抗曲线。
由图10和图11可知，采用常规的涂有单层钙钛矿涂层的金属连接件得到的燃料电池反应堆的欧姆电阻值与单电池本身的欧姆电阻值相差较大，说明常规的涂有单层钙钛矿涂层的金属连接件的电阻较大，说明单层钙钛矿涂层增加了金属连接件的电阻。
由上述实施例及比较例可知，本发明提供的具有金属连接件基底/合金粉体涂层/钙钛矿涂层结构的金属连接件中，钙钛矿涂层、合金粉体涂层和金属连接件基底之间的界面结合较为紧密，用于固体氧化物燃料电池堆时不会增加界面电阻，从而能够提高固体氧化物燃料电池堆的输出性能和使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐高温金属连接件，包括：
金属连接件基底；
复合在所述金属连接件基底表面的合金粉体涂层；
复合在所述合金粉体涂层表面的钙钛矿涂层。
2.根据权利要求1所述的金属连接件，其特征在于，所述合金粉体涂层中的合金粉体为Cr基合金粉体。
3.根据权利要求2所述的金属连接件，其特征在于，所述Cr基合金粉体为Fe-Cr合金粉体或Ni-Cr合金粉体。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的金属连接件，其特征在于，所述合金粉体涂层中的合金粉体的粒度为0.01mm～0.15mm。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的金属连接件，其特征在于，所述合金粉体涂层的厚度为0.02mm～0.2mm。
6.根据权利要求1所述的金属连接件，其特征在于，所述钙钛矿涂层中的钙钛矿为锶掺杂的锰酸镧、锶掺杂的钴酸镧或锶和铁掺杂的钴酸镧。
7.根据权利要求1所述的金属连接件，其特征在于，所述钙钛矿涂层中钙钛矿的粒度为0.01mm～0.15mm。
8.根据权利要求1、6或7所述的金属连接件，其特征在于，所述钙钛矿涂层的厚度为0.02mm～0.15mm。
9.权利要求1所述的耐高温金属连接件的制备方法，包括以下步骤：
采用等离子喷涂的方法向金属连接件基底表面喷涂合金粉体，在所述金属连接件基底上形成合金粉体层；
采用等离子喷涂的方法向所述合金粉体层表面喷涂钙钛矿粉体，在所述合金粉体层上形成钙钛矿涂层。
10.一种固体氧化物燃料电池堆，包括：堆叠结构和容纳所述堆叠结构的壳体，其中，所述堆叠结构包括：
两个以上固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池包括依次堆叠的集流层、阴极、电解质层和阳极；
相邻两个固体氧化物燃料电池通过权利要求1～9任意一项所述的耐高温金属连接件相堆叠。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101068678A (zh) * | 2004-11-30 | 2007-11-07 | 山特维克知识产权股份有限公司 | 包含复合氧化物成形涂层的燃料电池元件 |
| JP2010113955A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 固体酸化物形燃料電池用インターコネクト、その製造方法及び固体酸化物形燃料電池 |
| WO2010059793A2 (en) * | 2008-11-21 | 2010-05-27 | Bloom Energy Corporation | Coating process for production of fuel cell components |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101068678A (zh) * | 2004-11-30 | 2007-11-07 | 山特维克知识产权股份有限公司 | 包含复合氧化物成形涂层的燃料电池元件 |
| JP2010113955A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 固体酸化物形燃料電池用インターコネクト、その製造方法及び固体酸化物形燃料電池 |
| WO2010059793A2 (en) * | 2008-11-21 | 2010-05-27 | Bloom Energy Corporation | Coating process for production of fuel cell components |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109755622A (zh) * | 2017-11-08 | 2019-05-14 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种中空对称的双阴极高温固态燃料电池堆 |
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