一种SOFCs金属连接体用涂层合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种SOFCs金属连接体用涂层合金的制备方法，包括合金基体预处理、制备涂层浆料、浸渍—提拉镀膜、还原气氛烧结、浸渍—提拉镀膜、氧化气氛烧结步骤。采用本发明专利技术方法制备的SOFCs金属连接体用涂层合金，能有效提高基体合金的抗氧化性能，导电性能和抗Cr毒化性能，特别是在阴极气氛条件下。因而能够成为中温平板式SOFCs优越的金属连接体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对金属表面进行改性的方法，特别涉及一种对固体氧化物燃料电池金属连接体表面进行涂层来制备涂层合金的方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(Solidoxidefuelcells，SOFCs)是一类直接将化学能转变为电能的能量转换设备。因其具有能量转换效率高、燃料来源广泛、无需贵金属做催化剂、可靠性高、结构灵活、运行稳定、使用寿命长等一系列优点而被广泛应用于人口密集的城市和偏远山区。SOFCs的核心组件是单电池，它由阴极、电解质和阳极三部分构成。阳极和阴极均为多孔结构，提供电化学反应场所，通常含有加速电极电化学反应的催化剂；电解质多是致密的离子导体，主要用于传导离子并隔离电极两端的不同气体。根据电解质载流子的不同，SOFCs分为质子传导型和氧离子传导型两种类型。本专利技术所述SOFCs为氧离子传导型固体氧化物燃料电池。单电池只能产生0.7-1.0V左右的电压，功率十分有限。随着阳极支撑型平板式SOFCs的中低温化(600℃～800℃)发展，人们逐渐开始使用含Cr的Fe基合金(如，Fe-16Cr、Fe-Cr-Mo系、ZMG232、SUS430、Crofer22等)作为金属连接体将相邻单电池的阴极和阳极互相连接形成电堆，从而获得所需要的功率输出。但SOFCs在实际中长期运行(理论上>40000小时)时，金属连接体材料不可避免会出现一些问题，如氧化层急剧生长和开裂，导致接触电阻迅速增大，>表层形成的Cr2O3膜在工作环境下进一步被氧化成挥发态的含Cr氧化物，且聚集在电池阴极表面、阴极与电解质界面处发生电化学或者化学反应，一方面被还原为固态Cr2O3沉积在反应界面处阻碍电极表面的活性区域发生电极反应，导致电池的性能进一步衰减；另一方面，挥发态的含Cr氧化物与LSM发生反应，在三相界面处生成Cr2MnO4、SrCrO4，进一步造成对阴极的毒化作用，降低电池性能。现有技术通常在金属连接体(合金基体)上涂覆涂层的方法，来对金属连接体表面进行改性。如，活性元素氧化物涂层、稀土元素钙钛矿结构涂层、MAlCrYO涂层、尖晶石和复合尖晶石涂层等，从而提高金属连接体的抗氧化性，提高氧化层的导电性，有效的减缓或者抑制Cr挥发沉积带来的阴极毒化。然而，活性元素氧化物涂层呈多孔结构，且比较薄(小于200nm)，不能很好地阻止Cr向表面氧化层的扩散来防止Cr毒化SOFCs的电级；不含Cr元素的钙钛矿涂层会加快氧化层的增长速率，影响涂层合金表面的整体稳定性；MAlCrYO涂层工作温度在1000℃以上，一般被认为不适合做金属连接体的涂层材料；因而制备的涂层合金效果均不理想。尖晶石和复合尖晶石涂层，不仅能够获得良好的导电性和与电池其他部件相匹配的热膨胀系数(thermalexpansioncoefficient，CET)，还对Cr及Cr的氧化物显示出很好的吸收能力，能够抑制富Cr氧化层的挥发而带来的阴极Cr毒化。有研究表明，MnCo2O4尖晶石能够有效抑制Cr迁移和阳离子的对外扩散，极大的降低氧化速率，改善氧化膜的电导率，且具有优异的化学及热循环的稳定性，很适合用作金属连接体涂层材料。但是，利用MnCo2O4尖晶石制备的涂层合金，电导率仍然有待提高。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术提供一种高电导率、高抗氧化性能和抗Cr毒化性能的SOFCs金属连接体用涂层合金的制备方法。所述技术方案如下：本专利技术提出一种SOFCs金属连接体用涂层合金的制备方法，其包括如下步骤：S10，合金基体预处理：采用线切割法将SOFCs金属连接体用合金基体的板材切成多个小方块，使用碳化硅砂纸对各个小方块表面进行打磨至600目，然后将其分别依次放入丙酮和乙醇中进行超声清洗，干燥后待用；S30，制备涂层浆料：取结构式为MnCuxCo2-xO4的尖晶石涂层材料，加入无水乙醇球磨48小时获得均匀细小的粉体颗粒，将粉体颗粒烘干后加入溶剂异丙醇和粘结剂中再球磨24小时使其充分混合形成浆料；其中，x取值范围为0.1—1；S50，浸渍—提拉镀膜：将步骤S10中经过打磨、清洗、干燥后的合金基体小方块垂直缓慢置于步骤S30中所述的浆料中，然后采用自动提拉机将所述合金基体小方块缓慢匀速的从浆料中提拉出来，在所述合金基体小方块上生成均匀的黑色涂层即完成涂覆过程。进一步地，还包括步骤S70，还原气氛烧结：完成上述涂覆过程的合金基体小方块在还原气氛下烧结2个小时，温度800℃，H2体积含量为5％，N2体积含量为95％；步骤S90，氧化气氛烧结：经步骤S70处理后的合金基体小方块在空气气氛下烧结2个小时，温度750℃。进一步地，经步骤S70处理后的合金基体小方块再顺次进行步骤S50的浸渍—提拉镀膜和步骤S70的还原气氛烧结后再进行步骤S90操作。进一步地，步骤S30中所述的尖晶石涂层材料MnCu0.5Co1.5O4。进一步地，所述尖晶石涂层材料MnCu0.5Co1.5O4通过下述方法制备：S31，取Cu(NO3)2·3H2O，Co(NO3)2·6H2O和Mn(NO3)2混合物作为硝酸盐原料，融入浓度为99.8％的乙二醇中，加蒸馏水常温搅拌30分钟后再加入浓度为99.8％的柠檬酸形成混合溶液；其中，硝酸盐原料、乙二醇、柠檬酸的摩尔比为1：1.5：1.2；S32，将步骤S10中形成的混合溶液置于80℃油浴下搅拌，直至形成凝胶；S33，将上述凝胶放入150℃烘箱中保温10小时，然后置于750℃空气气氛中烧结3小时，形成的细小均匀的粉体即为MnCu0.5Co1.5O4。进一步地，步骤S30中所述粘结剂为质量分数为3％的聚乙烯醇缩丁醛。进一步地，步骤S10中所述合金基体为SUS430铁素体不锈钢。采用本专利技术方法制备的SOFCs金属连接体用涂层合金，整体性能要高于没有涂层保护的SOFCs金属连接体以及其他铁素体合金候选材料，有效提高了基体合金的抗氧化性能，导电性能和Cr毒化性能，特别是在阴极气氛条件下，因而能够成为中温平板式SOFCs优越的金属连接体。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对本专利技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术MnCu0.5Co1.5O4涂覆的SUS430合金在750℃阴极气氛等温氧化的XRD图谱；图2为本专利技术MnCu0.5Co1.5O4涂覆的SUS430合金在750℃阴极气氛中等温氧化不同时间的涂层表面微观形貌；其中，(a)0h，(b)400本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SOFCs金属连接体用涂层合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S10，合金基体预处理：采用线切割法将SOFCs金属连接体用合金基体的板材切成多个小方块，使用碳化硅砂纸对各个小方块表面进行打磨至600目，然后将其分别依次放入丙酮和乙醇中进行超声清洗，干燥后待用；S30，制备涂层浆料：取结构式为MnCuxCo2‑xO4的尖晶石涂层材料，加入无水乙醇球磨48小时获得均匀细小的粉体颗粒，将粉体颗粒烘干后加入溶剂异丙醇和粘结剂中再球磨24小时使其充分混合形成浆料；其中，x取值范围为0.1—1；S50，浸渍—提拉镀膜：将步骤S10中经过打磨、清洗、干燥后的合金基体小方块垂直缓慢置于步骤S30中所述的浆料中，然后采用自动提拉机将所述合金基体小方块缓慢匀速的从浆料中提拉出来，在所述合金基体小方块上生成均匀的黑色涂层即完成涂覆过程。

【技术特征摘要】
1.一种SOFCs金属连接体用涂层合金的制备方法，其特征在于，包括如下
步骤：
S10，合金基体预处理：采用线切割法将SOFCs金属连接体用合金基体的
板材切成多个小方块，使用碳化硅砂纸对各个小方块表面进行打磨至600目，
然后将其分别依次放入丙酮和乙醇中进行超声清洗，干燥后待用；
S30，制备涂层浆料：取结构式为MnCuxCo2-xO4的尖晶石涂层材料，加入
无水乙醇球磨48小时获得均匀细小的粉体颗粒，将粉体颗粒烘干后加入溶剂异
丙醇和粘结剂中再球磨24小时使其充分混合形成浆料；其中，x取值范围为
0.1—1；
S50，浸渍—提拉镀膜：将步骤S10中经过打磨、清洗、干燥后的合金基
体小方块垂直缓慢置于步骤S30中所述的浆料中，然后采用自动提拉机将所述
合金基体小方块缓慢匀速的从浆料中提拉出来，在所述合金基体小方块上生成
均匀的黑色涂层即完成涂覆过程。
2.如权利要求1所述的SOFCs金属连接体用涂层合金的制备方法，其特
征在于，
还包括步骤S70，还原气氛烧结：完成上述涂覆过程的合金基体小方块在
还原气氛下烧结2个小时，温度800℃，H2体积含量为5％，N2体积含量为
95％；
步骤S90，氧化气氛烧结：经步骤S70处理后的合金基体小方块在空气气氛
下烧结2个小时，温度750℃。
3.如权利要求2所述的SOFCs金属连接体用涂层合金的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李箭，阚一群，蒲健，林玻，池波，庞海舰，曾远森，卢腾龙，王亚欢，
申请(专利权)人：华中科技大学，广东新华粤华德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42