CN1285696C - 一种用于固体氧化物燃料电池的高温封接材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于固体氧化物燃料电池的高温封接材料及制备方法，该封接材料由BaO、CaO、La2O3、Al2O3、SiO2组成，各组分的质量百分比分别为：BaO：43-48%；CaO：2.1-2.8%；Al2O3：8-14%；SiO2：15-20%；La2O3：11-13.5%；B2O3：12.0-12.8%，经混料、高温熔融、粉碎、分级、复配工艺过程，得到封接材料。该封接材料具有机械强度高，质地致密，内无气孔，不透气，电绝缘等优点，具有热匹配性能好，化学稳定性高等特点，适合作为固体氧化物燃料电池的封接材料。

Description

一种用于固体氧化物燃料电池的高温封接材料及制备方法
(一)技术领域：
本发明提出一种固体氧化物燃料电池的封接材料及制备方法，该封接材料属于无机非金属材料。
(二)背景技术：
固体氧化物燃料电池(简称SOFC)是一种能量转换装置，通过燃料气(如H2、CO等)和氧化剂(如O2)的电化学反应把化学能转化为电能，SOFC的工作温度一般在800-1000℃，并且有强氧化性和还原性气体存在，如果电池元件或元件间的连接处有泄漏，会导致电池堆结构和功能上的失败，甚至发生爆炸。因此，密封材料的热膨胀性能要与其他元件相配合，并且具有良好的热稳定性和化学稳定性。
与本发明相近的现有技术有BaO-Al2O3-SiO2系统封接材料和CaO-Al2O3-SiO2系统封接材料，其中BaO-Al2O3-SiO2系统封接材料的主要成分包括BaO、Al2O3、SiO2，该封接材料热性能匹配好，抗氧化还原性好，易于与陶瓷材料元件结合，但这种封接材料稳定性较差，在封接温度稍高时，封接材料就呈现疏松状，有严重的漏气现象。CaO-Al2O3-SiO2系统封接材料的主要成分包括CaO、Al2O3、SiO2，该封接材料具有气密性好，抗氧化还原性高，易与陶瓷材料元件结合的特点，但该材料与其它电池元件的热性能匹配较差，在升温和降温过程中会造成电池元件的损坏。
(三)发明内容：
本发明的封接材料属于BaO-CaO-Al2O3-SiO2系列，该材料由BaO、CaO、Al2O3、SiO2、La2O3、B2O3组成，其中各组分的质量百分比分别为：BaO：43-48％；CaO：2.1-2.8％；Al2O3：8-14％；SiO2：15-20％；La2O3：11-13.5％；B2O3：12.0-12.8％。
本发明中的制备方法按以下步骤实现：
1.混料：按组分和比例将原料均匀混合；
2.高温熔融：将混合均匀的原料在1300-1600℃温度下熔融2-6小时；
3.粉碎：将熔融的玻璃态物质在冰水中淬火取出，在40-60℃温度下烘干，经球磨形成粉末；
4.分级：将制好的粉末用200目筛子过筛，得到玻璃粉备用；
5.复配：将玻璃粉和有机粘结剂按5∶1的质量比混合研磨形成糊状，得到封接材料。
上述步骤5中的有机粘结剂为松油醇和乙基纤维素按19∶1配制。
本发明为克服现有技术不足，设计出不同原料组成的封接材料，该封接材料具有气密性好，热性能匹配好，热稳定性和化学稳定性高的特点，从而达到提高电池的性能，延长电池寿命的目的。
(四)具体实施方式：
实施例1：
取BaCO3：49.8g，CaO：2.52g，Al2O3：9.0g，SiO2：16.13g，La2O3：12.15g，B2O3：11.5g，混合均匀后，放入50ml玛瑙球磨罐中，用行星式球磨机混研4小时，取出后放入石墨坩埚中在高温程序炉中于1500℃条件下熔融5小时，于冰水中淬火取出，在40-60℃温度下烘干后用球磨机研磨成粉，用200目筛子过筛，取得待用的玻璃粉，按质量比100∶1称取玻璃粉和乙基纤维素，在玛瑙研钵中研磨10分钟，使其混合均匀，再以19倍乙基纤维素的质量称取松油醇，将三种物质混合均匀呈粘稠的糊状，得到封接材料。该材料应用时的线性热膨胀系数为12.13×10-6/K。
实施例2：
取BaCO3：50.99g，CaO：2.37g，Al2O3：8.3g，SiO2：18g，La2O3：10.6g，B2O3：11.3g，混合均匀后，放入50ml玛瑙球磨罐中，用行星式球磨机混研4小时，取出后放入石墨坩埚中在高温程序炉中于1500℃条件下熔融5小时，于冰水中淬火取出，在40-60℃温度下烘干后用球磨机研磨成粉，用200目筛子过筛，取得待用的玻璃粉，按质量比100∶1称取玻璃粉和乙基纤维素，在玛瑙研钵中研磨10分钟，使其混合均匀，再以19倍乙基纤维素的质量称取松油醇，将三种物质混合均匀呈粘稠的糊状，得到封接材料。该材料应用时的线性热膨胀系数为11.35×10-6/K。
实施例3：
取BaCO3：51.5g，CaO：2.0g，Al2O3：10.4g，SiO2：15.17g，La2O3：11.07g，B2O3：11.36g，混合均匀后，放入50ml玛瑙球磨罐中，用行星式球磨机混研4小时，取出后放入石墨坩埚中在高温程序炉中于1500℃条件下熔融5小时，于冰水中淬火取出，在40-60℃温度下烘干后用球磨机研磨成粉，用200目筛子过筛，取得待用的玻璃粉，按质量比100∶1称取玻璃粉和乙基纤维素，在玛瑙研钵中研磨10分钟，使其混合均匀，再以19倍乙基纤维素的质量称取松油醇，将三种物质混合均匀呈粘稠的糊状，得到封接材料。该材料应用时的线性热膨胀系数为10.34×10-6/K。
实施例4：
取BaCO3：52.66g，CaO：2.2g，Al2O3：12.6g，SiO2：13.5g，La2O3：10.0g，B2O3：10.8g，混合均匀后，放入50ml玛瑙球磨罐中，用行星式球磨机混研4小时，取出后放入石墨坩埚中在高温程序炉中于1500℃条件下熔融5小时，于冰水中淬火取出，在40-60℃温度下烘干后用球磨机研磨成粉，用200目筛子过筛，取得待用的玻璃粉，按质量比100∶1称取玻璃粉和乙基纤维素，在玛瑙研钵中研磨10分钟，使其混合均匀，再以19倍乙基纤维素的质量称取松油醇，将三种物质混合均匀呈粘稠的糊状，得到封接材料。该材料应用时的线性热膨胀系数为11.07×10-6/K。
实施例5：
取BaCO3：55.6g，CaO：1.9g，Al2O3：7.2g，SiO2：15.2g，La2O3：11.5g，B2O3：11.0g，混合均匀后，放入50ml玛瑙球磨罐中，用行星式球磨机混研4小时，取出后放入石墨坩埚中在高温程序炉中于1500℃条件下熔融5小时，于冰水中淬火取出，在40-60℃温度下烘干后用球磨机研磨成粉，用200目筛子过筛，取得待用的玻璃粉，按质量比100∶1称取玻璃粉和乙基纤维素，在玛瑙研钵中研磨10分钟，使其混合均匀，再以19倍乙基纤维素的质量称取松油醇，将三种物质混合均匀呈粘稠的糊状，得到封接材料。该材料应用时的线性热膨胀系数为10.09×10-6/K。

Claims (3)

1、一种用于固体氧化物燃料电池的高温封接材料，其特征在于：由BaO、CaO、Al2O3、SiO2、La2O3、B2O3组成，其中各组分的质量百分比分别为：BaO：43-48％；CaO：2.1-2.8％；Al2O3：8-14％；SiO2：15-20％；La2O3：11-13.5％；B2O3：12.0-12.8％。
2、一种用于固体氧化物燃料电池的高温封接材料的制备方法，其特征在于：按以下步骤实现：
(1)混料：按权利要求1所述的组分和比例将原料均匀混合；
(2)高温熔融：将混合均匀的原料在1300-1600℃温度下熔融2-6小时；
(3)粉碎：将熔融的玻璃态物质在冰水中淬火取出，在40-60℃温度下烘干，经球磨形成粉末；
(4)分级：将制好的粉末用200目筛子过筛，得到玻璃粉备用；
(5)复配：将玻璃粉和有机粘结剂按5∶1的质量比混合研磨形成糊状，得到封接材料。
3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：有机粘结剂为松油醇和乙基纤维素按19∶1配制。
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