固體氧化物燃料電池金屬連接體表面雙層涂層的制備與性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種高效、潔凈的新型能源轉(zhuǎn)化裝置，它具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)、模塊化組裝、能量轉(zhuǎn)化效率高、燃料適用性廣和不需要貴金屬作為催化劑等顯著優(yōu)點(diǎn)。金屬合金具有材料成本低、氣密性好、電導(dǎo)率高、導(dǎo)熱性能好、易于加工等優(yōu)點(diǎn),逐漸取代傳統(tǒng)的陶瓷材料鉻酸鑭(LaCrO3)被應(yīng)用于電池的連接體。但是,未經(jīng)特殊處理的金屬合金在典型的SOFC運(yùn)行環(huán)境下會因表面氧化膜形成而不斷增大電池堆的接觸電阻。此外，在 SOFC陰極工作氣氛下金屬合金揮

2、發(fā)出氣態(tài)Cr會毒化電池陰極，造成電池性能急劇下降。目前，雙層涂層被廣泛應(yīng)用于金屬連接體的保護(hù)涂層，第一涂層作為致密的阻擋層，限制金屬基體中鉻的往外擴(kuò)散；第二涂層作為陰極接觸層，主要作用是減少金屬連接體和電池陰極的接觸電阻。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物（例如 La0.6Sr0.4CoO3(LSC)，La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3(LSCF)，La0.6Sr0.4Cu0.9Fe0.1O3(LSCuF)和Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC

3、)等）被廣泛應(yīng)用于陰極接觸層，這些鈣鈦礦型氧化物材料具有與電池的陰極化學(xué)兼容性好并且具有很高的電子電導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)。但是這些鈣鈦礦型氧化物的熱膨脹系數(shù)普遍比較大，并且需要較高的燒結(jié)溫度才能夠燒結(jié)致密，而金屬合金應(yīng)用于連接體限制了燒結(jié)溫度不能太高，為了避免金屬合金被過度氧化，需要開發(fā)新的涂層制備工藝用于陰極接觸層的制備。
　　本文針對金屬連接體表面 Cr阻擋層的制備工藝復(fù)雜且致密度不高，以及高溫?zé)Y(jié)陰極接觸層容易導(dǎo)致金屬基體嚴(yán)重氧化等難

4、題，提出一種新的綜合方法用于金屬連接體表面雙層涂層的制備。首先，通過電鍍法在經(jīng)濟(jì)型不銹鋼 SUS430表面電鍍鈷，鈷鍍層經(jīng)過后期熱處理形成致密的鈷基尖晶石阻擋層，然后通過前驅(qū)體原位成相法或者液相燒結(jié)法制備陰極接觸層，以降低接觸層的燒結(jié)溫度，避免金屬合金基體在高溫空氣氣氛下被過度氧化。實(shí)驗結(jié)果表明電鍍得到的鈷鍍層致密平整，經(jīng)熱處理后最終形成致密的鈷基尖晶石層，該阻擋層與金屬基體結(jié)合緊密，有效地抑制了基體表面氧化皮的生長和Cr元素的往外擴(kuò)散

5、，從而提高了金屬合金基體在高溫環(huán)境下的抗氧化性能。在制備陰極接觸層時，液相燒結(jié)法主要通過添加10wt％的Co3O4作為燒結(jié)助劑有效地提高了La0.6Sr0.4CoO3-δ接觸層的低溫?zé)Y(jié)效果，燒結(jié)溫度降低到900℃。前驅(qū)體原位成相法通過先將前驅(qū)體在氬氣下1100℃燒結(jié)，然后空氣氣氛下800℃成相，有效地減少了對金屬基體的高溫氧化。在800℃下氧化200小時后，兩種方法制備的雙層涂層覆蓋的SUS430基體的ASR值約為23mΩ·cm2，明