CN113328113B - 一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法，属于燃料电池/电解池技术领域。其包括：对固体氧化物燃料电池/电解池连接体进行设计并建模；对连接体本体的模型进行位置摆放、格式转换、缺陷修复及切片处理；采用增材制造的方法制备连接体本体；对连接体本体进行后处理；采用喷涂或镀膜的方法制备防护涂层。采用增材制造方法制备连接体本体，可实现连接体本体复杂结构的精细化制备。本发明可实现高质量连接体的可控制备，显著提高连接体的一致性，有利于提升燃料电池/电解池堆的稳定性和使用寿命。同时，本发明涉及的制备方法周期短、成本低，对燃料电池/电解池的推广和应用具有较强的现实意义。

Description

一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池/电解池技术领域，具体而言，涉及一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)是燃料电池的一种，它通过化学反应将燃料中的化学能直接转化为电能的全固态发电装置，其主要由阳极层、电解质层和阴极层3部分组成。与传统热机发电技术相比，SOFCs最大特点是发电过程不涉及燃烧，故其能量转换效率不受卡诺循环限制。一次电效率可达50％-60％，与汽轮机联动后，能量转化效率可达80％以上。同时，SOFC对环境友好，发电过程中产生的污染物排放量低，甚至可以实现零污染。此外，SOFC还具有燃料适用范围广、长期稳定性高、不须用贵金属作催化剂等优点。因此，SOFC是实现高效环保发电最具应用前景的燃料电池之一。
SOFC连接体具有两个主要作用：一是把单电池连接起来，提高输出电压、电流和功率；二是将阳极侧的燃料气和阴极侧的氧化气隔离开来。与传统陶瓷连接体相比，金属连接体具有高电导率/热导率，容易加工成复杂形状，制造成本低，力学性能优良等优点，十分适合用作中低温SOFC连接体材料。传统连接体制备方法采用粉末冶金，冲压成型或精加工等工艺，易翘曲变形或难以实现复杂结构的精细化制备。
此外，即便在中低温下工作的SOFC，金属材料的氧化依然无法避免。为了提高金属耐高温氧化性能，通常往金属基体中添加Cr元素。然而Cr在高温氧化后会增大电池内阻，并将挥发毒化阴极，导致SOFC性能退化。因此，需在金属连接体表面涂覆防护涂层，以抑制金属连接体的氧化，降低连接体与SOFC电极之间的界面电阻，并隔绝Cr向阴极表面的挥发、沉积与毒化，保持SOFC性能的稳定性。
固体氧化物电解池(SOEC)是固体氧化物燃料电池/电解池的逆运行装置，具有与后者相同的结构形式，可用于高温电解水制取氢气、电解二氧化碳制取一氧化碳，因此固体氧化物电解池连接体与固体氧化物燃料电池连接体存在类似的问题。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法以实现高质量连接体的可控制备，显著提高连接体的一致性，有利于提升燃料电池/电解池堆的稳定性和使用寿命。
本申请可这样实现：
本申请提供的固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对固体氧化物燃料电池/电解池连接体进行结构功能一体化设计并建模；
步骤2：对固体氧化物燃料电池/电解池连接体的连接体本体的模型进行以下处理：位置摆放、格式转换、缺陷修复以及切片处理；
步骤3：采用增材制造的方法按连接体本体的模型制备连接体本体；
步骤4：对增材制造得到的连接体本体进行后处理；
步骤5：采用喷涂或镀膜的方法在后处理过的连接体本体的表面制备防护涂层。
在可选的实施方式中，步骤1中，固体氧化物燃料电池/电解池连接体的结构功能一体化设计包括连接体本体设计以及防护涂层设计。
在可选的实施方式中，连接体本体的设计包括连接体本体的结构、尺寸、材料以及表面状态设计。
在可选的实施方式中，所述防护涂层的设计包括防护涂层的分布、尺寸以及材料设计。
在可选的实施方式中，增材制造方式包括选区激光熔化技术、结合金属沉积技术、选区电子束熔化技术以及粘结剂喷射增材制造技术。
在可选的实施方式中，当增材制造方式为选区激光熔化技术时，制造工艺条件包括：激光功率为100-300W，扫描速度为300-1200mm/s，光斑大小为30-100μm，激光波长为500-1070nm。
在可选的实施方式中，当增材制造方式为结合金属沉积技术时，制造工艺条件包括：打印头温度为50-500℃，打印头移动速度为0.5-100mm/s，层厚为10-100μm。
在可选的实施方式中，增材制造方式为选区电子束熔化技术时，制造工艺条件包括：功率0.1-3kW，扫描速度500-5000m/s，层厚30-150μm。
在可选的实施方式中，当增材制造方式为粘结剂喷射增材制造技术时，制造工艺过程包括：将粉末层平铺在平台上，然后选择性的喷射粘合剂，使金属粉末固化；制造工艺条件包括：粉末层厚10-100μm，喷头移动速度80-800mm/s。
在可选的实施方式中，喷涂或镀膜的方法包括等离子喷涂、火焰喷涂、气溶胶喷涂、丝网印刷、溶胶-凝胶、磁控溅射或电弧离子镀。
在可选的实施方式中，连接体本体的加工材料为金属材料或具有导电性的陶瓷材料。
在可选的实施方式中，连接体本体的加工材料包括铁基合金、镍基合金、铬基合金钙钛矿型陶瓷以及尖晶石陶瓷中的至少一种。
在优选的实施方式中，连接体本体的加工材料包括430L、Crofer22、Fe-30Cr、Fe5Cr95、Hastelloy-X、Inconel625、LaCrO3以及Mn1.5Co1.5O4中的至少一种。
在可选的实施方式中，防护涂层的材料为陶瓷材料或合金材料。
在可选的实施方式中，防护涂层的材料包括稀土氧化物、钙钛矿以及尖晶石以及合金中的至少一种。
在可选的实施方式中，防护涂层的材料包括La2O3、Y2O3、(La,Sr)CrO3、(La,Sr)CoO3、(La,Sr)MnO3、(Mn,Co)3O4、(Mn,Cr)3O4、MnCo和CuMnCo中的至少一种。
本申请的有益效果包括：
(1)采用本方法制备的固体氧化物燃料电池/电解池连接体，结构更加合理，设计思路不受传统制备方法的束缚，可灵活设计并优化连接体形状、结构、尺寸等；连接体表面防护涂层的设计，能有效抑制金属连接体的氧化，进而有效提高SOFC/SOEC电堆的寿命及稳定性。
(2)采用本方法制备连接体本体时可对表面微观结构进行自由设计，可明显提高涂层与基体的结合强度，降低涂层与基体的接触电阻；表面设计为多孔微观结构，还利于集流和密封并减小电极有效表面积的损失。
(3)连接体本体采用增材制造的方法制备，可实现任意结构的精细化制备，制备的连接体性能优异不易变形，且制备过程简单、高效、灵活。单次可实现上百个连接体的同时制备，生产效率较高，材料利用率接近100％，批量化制造更有利于成本的降低。
(4)连接体表面涂层采用喷涂或镀膜的方式制备，该技术成熟稳定，且效率较高，成本较低，十分适合大批量的工业制造。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例1中固体氧化物燃料电池/电解池连接体中连接体本体在第一视角下的结构示意图；
图2为本申请实施例1中固体氧化物燃料电池/电解池连接体中连接体本体在第二视角下的结构示意图；
图3为本申请实施例2中固体氧化物燃料电池/电解池连接体中连接体本体在第一视角下的结构示意图；
图4为本申请实施例2中固体氧化物燃料电池/电解池连接体中连接体本体在第二视角下的结构示意图；
图5为本申请实施例1和实施例2中固体氧化物燃料电池/电解池连接体中隔离筋上表面的结构示意图；
图6为本申请实施例3和实施例4中固体氧化物燃料电池/电解池连接体中连接体本体在第一视角下的结构示意图；
图7为本申请实施例3和实施例4中固体氧化物燃料电池/电解池连接体中连接体本体在第二视角下的结构示意图。
图标：1-连接体本体；2-涂层；11-第一凹槽；12-第二凹槽；13-第一进气孔；14-第二进气孔；15-第一出气孔；16-第二出气孔；17-第一流道；18-第二流道；19-隔离筋；191-第一隔离筋；192-第二隔离筋；101-第一表面；102-第二表面；103-第一侧；104-第二侧；105-第三侧；106-第四侧；111-第一折流部；112-第二折流部；113-第三折流部；114-第四折流部。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请提供的固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法进行具体说明。
本申请提供的固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法可包括以下步骤：
步骤1：对固体氧化物燃料电池/电解池连接体进行结构功能一体化设计并建模。请一并结合图1至图7，该固体氧化物燃料电池/电解池连接体包括连接体本体1以及位于连接体本体的表面的防护涂层2。
上述连接体本体1具有相对的第一表面101和第二表面102。
连接体本体1设有至少4个均贯穿第一表面101和第二表面102的通孔。第一表面101具有相对的第一侧103和第二侧104，第二表面也具有相对的第一侧103和第二侧104，也即第一表面的第一侧103和第二表面的第一侧103方向一致，也可理解为整个连接体本体1具有相对的第一侧103和第二侧104。第一表面101设有位于第一侧103及第二侧104之间的第一凹槽11，第一凹槽11内设有第一流道17，第二表面102设有位于第一侧103及第二侧104之间的第二凹槽12，第二凹槽12内设有第二流道18。第一流道17与通孔中用于通入燃料气体的第一进气孔13以及用于排出燃料气体的第一出气孔15连通，第二流道18与用于通入氧气的第二进气孔14以及用于排出氧气的第二出气孔16连通。
第一流道17和/或第二流道18的设置方式包括直线式、回路式或锯齿式。其中，回路式可以理解成方波式或构成回路的折流式。
本申请中，当第一流道17的设置方式为直线式或锯齿式时，第一凹槽11内设有多道凸起的第一隔离筋191，多道第一隔离筋191平行间隔设置，相邻两道第一隔离筋191之间的间隔区域以及每道第一隔离筋191与第一凹槽11的槽壁之间共同形成第一流道17。
同理的，当第二流道18的设置方式为直线式或锯齿式时，第二凹槽12内设有多道凸起的第二隔离筋192，多道第二隔离筋192平行间隔设置，相邻两道第二隔离筋192之间的间隔区域以及每道第二隔离筋192与第二凹槽12的槽壁之间形成第二流道18。
可以理解地，每道隔离筋19的形状可对应为矩形、三角形或锯齿形。
作为参考地，隔离筋19可以沿第一侧103至第二侧104的方向延伸且隔离筋19的两端端部与凹槽的内壁具有间隔。此外，隔离筋19可以沿第四侧106至第三侧105的方向延伸且隔离筋19的两端端部与凹槽的内壁具有间隔。
在可选地实施方式中，沿延伸方向，每道隔离筋19可具有多个打断区。
本申请中，第一隔离筋191和/或第二隔离筋192的上表面为水平面(如图5)或凸面(如图6)。此处凸面仅泛指与水平面相对的非水平面，也即可包括任何类型的非水平面。可参考地，可以是第一隔离筋和第二隔离筋的上表面同为水平面或凸面，也可一者为水平面一者为凸面(如图7)。
在可选地实施方式中，相邻两道隔离筋19之间的间距可以为0.5-1.5mm(如0.5mm、1mm或1.5mm等)，每道隔离筋19凸起的高度可以为0.5-3mm(如0.5mm、1mm、2mm或3mm等)，每道隔离筋19的宽度可以为0.5-5mm(如0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm或5mm等)。
值得说明的是，本申请所提及的流道不仅可包含平行而笔直的流道、横向打断的平行而笔直的流道，还可包括弯曲延伸的流道等。
承上，通过设置流道，可使气体均匀分布。在优选的实施方式中，流道的边界呈圆滑过渡，以利于后续的涂层2制备。
值得说明的是，本申请的连接体本体1中除了流道的流通区域以及进气孔和出气孔以外，其余区域均为实心结构。在本申请中，连接体本体1可设有4个或6个通孔。
可参考地，连接体本体1的加工材料为金属材料，例如可以包括铁基合金、镍基合金以及铬基合金中的至少一种。在优选的实施方式中，连接体本体1的加工材料包括430L、Crofer22、Fe-30Cr、Fe5Cr95、Hastelloy-X及Inconel625中的至少一种。上述金属材料能够匹配固体氧化物燃料电池/电解池电解质的热膨胀系数，两者的热膨胀系数相差小。
在可选的实施方式中，连接体本体1的厚度可以为0.3-5mm，如0.3mm、1mm、2mm、4mm或5mm等。
此外，连接体本体1两面的隔离筋均可设计为点接触、线接触、面接触，优选的设计为点接触或线接触以便提高集流效果。这里的点接触和线接触主要通过隔离筋顶部的结构或者表面的微结构设计实现。连接体两面的隔离筋顶部可以设计为锯齿形、锥形、凸台形，等进而实现点接触、线接触和面接触。隔离筋的顶部也可设计包含多孔层，通过控制多孔层的孔隙率、空隙大小、枝干粗细等进而避免喷涂的涂层不至于将多孔完全覆盖，进而实现点接触。
进一步地，设置于连接体本体1的表面的涂层2可缓解或解决由于SOFC工作温度高(约为600℃)造成的对于金属连接体的耐高温性能要求十分严格的问题，从而可延长金属连接体的寿命，进而延长整个电池的寿命。
在可选的实施方式中，涂层2的材料包括稀土氧化物、钙钛矿以及尖晶石中的至少一种。具体的，涂层2的材料可包括La2O3、Y2O3、(La,Sr)CrO3、(La,Sr)CoO3、(La,Sr)MnO3、(Mn,Co)3O4、(Mn,Cr)3O4中的至少一种，有利于提高燃料电池/电解池的抗高温、耐腐蚀以及绝缘性能中的至少一种性能。
值得说明的是，上述(La,Sr)CrO3可以理解为同时掺杂了La和Sr元素的氧化锆类物质，其余材料可同理理解。
在可选的实施方式中，涂层2的厚度可以为10-100μm，如10μm、20μm、50μm、80μm或100μm。
承上，本申请提供的集涂层2与连接体本体1为一体的固体氧化物燃料电池/电解池连接体能够同时具有优异的抗高温性能、加工性能以及作用效率和使用寿命。
步骤2：对连接体本体的模型至少进行以下处理：包括位置摆放、格式转换、缺陷修复、切片处理等；这里的处理为增材制造前的模型准备，由于增材制造设备不能对任意格式的三维模型进行直接制造，因此需要将设计软件设计的模型转换为增材制造设备可以识别的格式和程序，进而导入设备进行制造。
步骤3：采用增材制造的方法制备连接体本体。
值得说明的是，目前燃料电池/电解池连接体最主要的制造方式依然是直接机械加工，常用的手段是利用高精密铣床进行铣削加工。金属连接体两侧包含较多细而密的流道因此采用机械加工时需要耗费较长时间，且加工难度较大。机械加工很难在较薄的基体材料上进行多种加工又保证基体不变形。而且现在市场上采用机械加工的连接体一般厚度不会低于1mm，否则变形难以控制。
鉴于此，发明人优选采用增材制造方式制造连接体本体1。
在可选的实施方式中，所用的增材制造方式可包括选区激光熔化技术(SLM技术)、结合金属沉积技术(BMD技术)、选区电子束熔化技术或粘结剂喷射增材制造技术(BinderJetting)。
可参考地，当增材制造方式为选区激光熔化技术时，连接体本体1的制造工艺条件可包括：激光功率为100-300W(如100W、150W、200W、250W或300W)，扫描速度为300-1200mm/s(如300mm/s、500mm/s、800mm/s、1000mm/s或1200mm/s等)，光斑大小为50-100μm(如50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等)，激光波长为500-1070nm(如500nm、800nm、1000nm或1070nm等)。
当增材制造方式为结合金属沉积技术时，连接体本体1的制造工艺条件可包括：打印头温度为50-500℃(如50℃、100℃、150℃、200℃、300℃、400℃或500℃)，打印头移动速度为0.5-100mm/s(如0.5mm/s、1mm/s、5mm/s、10mm/s、20mm/s、50mm/s、80mm/s或100mm/s)，层厚为10-100μm(如10μm、20μm、50μm、60μm、80μm或100μm等)。
当增材制造方式为选区电子束熔化技术时，连接体本体1的制造工艺条件可包括：电子束功率0.1-3kw(如0.5kw、1kw、1.5kw、2kw、2.5kw、3kw)，扫描速度500-5000m/s(如1000m/s、1500m/s、2000m/s、2500m/s、3000m/s、4000m/s、5000m/s)，层厚30-150μm(如30μm、50μm、80μm、100μm、150μm)。
当增材制造方式为粘结剂喷射金属增材制造技术时，制造工艺过程包括：将粉末层平铺在平台上，然后选择性的喷射粘合剂，使金属粉末固化。制造工艺包括：粉末层的厚度为10-100μm(如20μm、30μm、40μm、60μm、80μm等)，喷射头的移动速度为80-800mm/s(如100mm/s、300mm/s、500mm/s、800mm/s等)。
值得说明的是，上述相关增材制造的过程和相关原理可参考相应的现有技术，在此不做过多赘述。
步骤4：对增材制造的连接体本体进行后处理。
增材制造后，还包括对打印得到的产品进行后处理，如线切割、烧结脱脂、清洗、喷砂及抛光等处理。
步骤5：采用喷涂或镀膜的方法在连接体本体表面制备防护涂层。
可参照地，涂层2的制作方法可包括等离子喷涂、火焰喷涂、气溶胶喷涂、丝网印刷、溶胶-凝胶、磁控溅射或电弧离子镀等。
上述方法不仅可以实现连接体的批量化生产，缩短制造周期，且制作手段灵活高效。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体，其采用选区激光熔化技术(SLM)和等离子喷涂技术实现SOFC连接体的制造。
该SOFC连接体的具体制造过程如下：
(1)结构功能一体化设计，合理规划金属部分(即连接体本体1)和涂层2部分的结构、材料及厚度等。具体的：连接体本体1的材料为430不锈钢粉末，厚度为3mm，涂层2(防护涂层)的材料为(Mn,Co)3O4，厚度为30μm。
(2)三维建模，具体设计的结构如图1、图2和图5所示。
该连接体本体1的形状为正方体，正方体的正反面分别为第一表面101和第二表面102，该连接体本体1具有沿顺时针依次连接的第一侧103、第三侧105、第二侧104和第四侧106。由第一侧103的靠近第四侧106的一端为起始，按顺时针方向，依次为第一进气孔13、第二出气孔16、第一进气孔13、第二进气孔14、第一出气孔15和第二进气孔14。其中，第一进气孔13用于通入燃料气体，第一出气孔15用于排出燃料气体，第二进气孔14用于通入氧气，第二出气孔16用于排出氧气。
第一表面101具有位于第一侧103及第二侧104之间的第一凹槽11，第一凹槽11内设有第一流道17，第一流道17与2个第一进气孔13以及第一出气孔15连通。第二表面102具有位于第一侧103及第二侧104之间的第二凹槽12，第二凹槽12内设有第二流道18，第二流道18与2个第二进气孔14和第二出气孔16连通。
第一凹槽11内设有多道凸起的第一隔离筋191，多道第一隔离筋191平行等距间隔设置且每道第一隔离筋191沿第一侧103至第二侧104的方向延伸，第一隔离筋191的两端端部与第一凹槽11的内壁具有间隔。相邻两道第一隔离筋191之间以及每道第一隔离筋191与第一凹槽11的槽壁之间共同形成第一流道17。相应地，第二凹槽12内设有多道凸起的第二隔离筋192，多道第二隔离筋192平行设置且每道第二隔离筋192沿第一侧103至第二侧104的方向延伸，第二隔离筋192的两端端部与第二凹槽12的内壁具有间隔。相邻两道第二隔离筋192之间以及每道第二隔离筋192与第二凹槽12的槽壁之间形成第二流道18。
相邻两道隔离筋19之间的间距为1.5mm，每道隔离筋19凸起的高度为1mm，每道隔离筋19的宽度为0.6mm。每道隔离筋19的上表面为水平面。两个流道均呈直线式设置。
(3)模型格式转换，切片处理，路径设置。这里的处理具体包括模型格式的转换、位置摆放、成型方向的调整、模型的修复、模型切片等。格式根据相应打印机及打印工艺进行选择，这里使用的是选区激光熔化(SLM)设备因此模型转换为.STL格式。成型方向根据打印数量进行调整。本次打印采用的激光烧结路径为相邻层旋转67°填充式烧结。
(4)增材制造参数设计，该步骤设置工艺参数依据打印所选择的，具体为层厚40μm，功率为200W，速度为900mm/s。
(5)导入增材制造设备进行制造，本实施例采用的是选区激光熔化设备。
(6)线切割后清洗喷砂抛光等处理。
(7)对处理后的连接体本体1的表面采用等离子喷涂的方式喷涂(Mn,Co)3O4涂层2。
实施例2
本实施例提供一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体，其采用选区电子束熔化技术(SLM)和等离子喷涂技术实现SOFC连接体的制造的方法。
该SOFC连接体的制造过程如下：
(1)结构功能一体化设计，合理规划金属部分(即连接体本体1)和涂层2部分的结构、材料及厚度等。具体的：连接体本体1的材料为Crofer22，厚度为4mm，涂层2(防护涂层)的材料为(Mn,Co)3O4，厚度为50μm。
(2)三维建模，具体设计的结构如图3至图5所示。
该结构与实施例1的区别在于：由第一侧103的靠近第四侧106的一端为起始，按顺时针方向，依次为第一进气孔13、第一出气孔15、第一进气孔13、第二进气孔14、第二出气孔16和第二进气孔14。两个流道均呈回路式设置。
第一凹槽11内设有共同作为第一流道17的第一折流部111和第二折流部112，第一折流部111的始端与1个第一进气孔13连通，末端与第一出气孔15连通。第二折流部112的始端与另一个第一进气孔13连通，末端也与该第一出气孔15连通。第一凹槽11的内壁与第一折流部111和第二折流部112之间形成第一流道17。上述折流部可理解为由多道隔离筋19按折回方式形成。
同理地，第二凹槽12内设有共同作为第二流道18的第三折流部113和第四折流部114，第三折流部113的始端与1个第二进气孔14连通，末端与第二出气孔16连通。第四折流部114的始端与另一个第二进气孔14连通，末端也与该第二出气孔16连通。
(3)模型格式转换，切片处理，路径设置。这里的处理具体包括模型格式的转换、位置摆放、成型方向的调整、模型的修复、模型切片等。格式根据相应打印机及打印工艺进行选择，这里使用的是选区电子束熔化设备因此模型转换为.STL格式。成型方向根据打印数量进行调整。
(4)增材制造参数设计，该步骤设置工艺参数依据打印所选择的，具体为层厚60μm，功率为1000W，速度为2000m/s。
(5)导入增材制造设备进行制造，本次实施例采用的设备为选区电子束熔化设备。
(6)线切割后清洗喷砂抛光等处理。
(7)对处理后的连接体本体1的表面采用等离子喷涂的方式喷涂(Mn,Co)3O4涂层2。
实施例3
本实施例提供一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体，其采用结合金属沉积技术(BMD)和火焰喷涂技术实现SOFC连接体的制造。
该SOFC连接体的制造过程如下：
(1)结构功能一体化设计，合理规划金属部分和涂层2材料的结构，材料，厚度等。具体的：连接体本体1的材料为Crofer22丝材，厚度为3mm，涂层2(防护涂层)的材料为(Mn,Co)3O4，厚度为60μm。
(2)三维建模，具体设计的结构结合图6和图7所示。
该连接体本体1的形状为正方体，正方体的正反面分别为第一表面101和第二表面102，该连接体本体1具有沿顺时针依次连接的第一侧103、第三侧105、第二侧104和第四侧106。由第一侧103的靠近第四侧106的一端为起始，按顺时针方向，依次为第一进气孔13、第二进气孔14、第一出气孔15和第二出气孔16。
第一表面101具有位于第三侧105及第四侧106之间的第一凹槽11，第一凹槽11内设有第一流道17，第一流道17与第一进气孔13和第一出气孔15连通。第二表面102具有位于第三侧105及第四侧106之间的第二凹槽12，第二凹槽12内设有第二流道18，第二流道18与第三进气孔和第二出气孔16连通。
第一凹槽11内设有多道凸起的第一隔离筋191，多道第一隔离筋191平行等距间隔设置且每道第一隔离筋191沿第三侧105至第四侧106的方向延伸，第一隔离筋191的两端端部与第一凹槽11的内壁具有间隔。相邻两道第一隔离筋191之间以及每道第一隔离筋191与第一凹槽11的槽壁之间共同形成第一流道17。相应地，第二凹槽12内设有多道凸起的第二隔离筋192，多道第二隔离筋192平行设置且每道第二隔离筋192沿第三侧105至第四侧106的方向延伸，第二隔离筋192的两端端部与第二凹槽12的内壁具有间隔。相邻两道第二隔离筋192之间以及每道第二隔离筋192与第二凹槽12的槽壁之间形成第二流道18。
相邻两道隔离筋19之间的间距为1.5mm，每道隔离筋19凸起的高度为1mm，每道隔离筋19的宽度为0.6mm。两个流道均呈锯齿式设置。
(3)模型格式转换，切片处理，路径设置。这里的处理具体包括模型格式的转换、位置摆放、成型方向的调整、模型的修复、模型切片等。格式根据相应打印机及打印工艺进行选择，这里使用的是结合金属沉积(BMD)设备因此模型转换为.STL格式。成型方向根据打印数量进行调整。
(4)增材制造参数设计，该步骤设置工艺参数依据打印所选择的Crofer22丝材，具体打印头温度120℃，打印头移动速度3mm/s，层厚40μm。
(5)导入增材制造设备进行制造。
(6)将打印好的模型放入烧结炉进行烧结去脂处理，烧结温度300℃保温4h，800℃，保温1h。然后清洗喷砂抛光等。
(7)对处理后的金属部分的连接体进行火焰喷涂处理，喷涂的涂层(图未示)为(Mn,Co)3O4层。
实施例4
本实施例提供一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体，其采用粘结剂喷射金属增材制造技术和火焰喷涂技术实现SOFC连接体的制造。
该SOFC连接体的制造过程如下：
(1)结构功能一体化设计，合理规划金属部分和涂层2材料的结构，材料，厚度等。具体的：连接体本体1的材料为Inconel625粉末材料，厚度为3.5mm，涂层2(防护涂层)的材料为(Mn,Cr)3O4，厚度为70μm。
(2)三维建模，具体设计的结构结合图6和图7所示。其与实施例3的区别主要在于：
相邻两道隔离筋19之间的间距为1.8mm，每道隔离筋19凸起的高度为1.3mm，每道隔离筋19的宽度为0.8mm。两个流道均呈锯齿式设置。
(3)模型格式转换，切片处理，路径设置。这里的处理具体包括模型格式的转换、位置摆放、成型方向的调整、模型的修复、模型切片等。格式根据相应打印机及打印工艺进行选择，这里使用的是粘结剂喷射金属增材制造设备因此模型转换为.STL格式。成型方向根据打印数量进行调整。
(4)增材制造参数设计，该步骤设置工艺参数依据打印所选择的Inconel625粉末材料，具体粉末层厚为45μm，喷射头移动速度50mm/s。
(5)导入增材制造设备进行制造。
(6)将打印好的模型放入烧结炉进行烧结去脂处理，烧结温度300℃保温4h，1200℃，保温1h。然后清洗喷砂抛光等。
(7)对处理后的金属部分的连接体进行火焰喷涂处理，喷涂的涂层(图未示)为(Mn,Cr)3O4层。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对固体氧化物燃料电池/电解池连接体进行结构功能一体化设计并建模，其中设计包括对表面微观结构进行自由设计；
步骤2：对固体氧化物燃料电池/电解池连接体的连接体本体的模型至少进行以下处理：位置摆放、格式转换、缺陷修复及切片处理；
步骤3：采用增材制造的方法按所述连接体本体的模型制备所述连接体本体；
步骤4：对增材制造得到的所述连接体本体进行后处理；
步骤5：采用喷涂或镀膜的方法在后处理过的所述连接体本体的表面制备防护涂层；
其中，步骤2中所述连接体的连接体本体具有相对的第一表面和第二表面；
所述连接体本体设有至少4个均贯穿所述第一表面和所述第二表面的通孔；所述第一表面具有相对的第一侧和第二侧，所述第二表面也具有相对的第一侧和第二侧；所述第一表面设有位于第一侧及第二侧之间的第一凹槽，所述第一凹槽内设有第一流道，所述第二表面设有位于第一侧及第二侧之间的第二凹槽，所述第二凹槽内设有第二流道；所述第一流道与通孔中用于通入燃料气体的第一进气孔以及用于排出燃料气体的第一出气孔连通，所述第二流道与用于通入氧气的第二进气孔以及用于排出氧气的第二出气孔连通；
其中，步骤3中的增材制造方法包括：选区激光熔化技术、结合金属沉积技术、选区电子束熔化技术或粘结剂喷射增材制造技术；
当增材制造方法为选区激光熔化技术时，制造工艺条件包括：激光功率为100-300W，扫描速度为800-1200mm/s，光斑大小为30-100μm，激光波长为500-1070nm；
当增材制造方法为结合金属沉积技术时，制造工艺条件包括：打印头温度为50-500℃，打印头移动速度为0.5-100mm/s，层厚为10-100μm；
当增材制造方法为选区电子束熔化技术时，制造工艺条件包括：功率1kW-3kW，扫描速度2000-5000m/s，层厚30-150μm；
当增材制造方法为粘结剂喷射增材制造技术时，制造工艺过程包括：将粉末层平铺在平台上，然后选择性地喷射粘合剂，使金属粉末固化；制造工艺包括：粉末层厚10-100μm，喷头移动速度80-800mm/s。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述固体氧化物燃料电池/电解池连接体的结构功能一体化设计包括连接体本体设计以及防护涂层设计。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述连接体本体设计包括连接体本体的结构、尺寸、材料以及表面状态进行设计。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
所述防护涂层设计包括所述防护涂层的分布、尺寸以及材料设计。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5中喷涂或镀膜的方法包括：等离子喷涂、火焰喷涂、气溶胶喷涂、丝网印刷、溶胶-凝胶、磁控溅射或电弧离子镀。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连接体本体的加工材料为金属材料或具有导电性的陶瓷材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述连接体本体的加工材料包括铁基合金、镍基合金、铬基合金、钙钛矿型陶瓷以及尖晶石陶瓷中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述连接体本体的加工材料包括不锈钢430L、铁铬合金Crofer22、Fe-30Cr、Fe5Cr95、镍基合金Hastelloy-X、镍基合金Inconel625、LaCrO3以及Mn1.5Co1.5O4中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述防护涂层的材料为陶瓷材料或合金材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，
所述防护涂层的材料包括稀土氧化物、钙钛矿以及尖晶石以及合金中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述防护涂层的材料包括La2O3、Y2O3、(La,Sr)CrO3、(La,Sr)CoO3、(La,Sr)MnO3、(Mn,Co)3O4、(Mn,Cr)3O4、MnCo和CuMnCo的至少一种。
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