一种SOFCs金属连接体表面涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种SOFCs金属连接体表面涂层材料，所述涂层材料为尖晶石，结构式为MnCuxCo2-xO4，其中x为0.1—1；特别当x＝0.5时，即尖晶石材料结构式为MnCu0.5Co1.5O4时，能够有效对金属连接体合金表面进行改性，提高其抗氧化性和氧化层的导电性还能够有效的减缓或者抑制Cr挥发沉积带来的阴极毒化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料电池连接体涂层材料及其制备方法，特别涉及一种固体氧化物燃料电池金属连接体涂层材料及其制备方法。
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的合金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。在现有技术中，含Cr的合金作为连接体材料主要有三类，分别为Cr基(如，氧化物弥散的(ODS)Cr-5Fe-1Y2O3)、Ni基(如，Haynes230、Inconel625等)和Fe基合金(如，Fe-16Cr、Fe-Cr-Mo系、ZMG232)，但Cr基合金存在非常严重的Cr(VI)挥发问题，在应用中会带来电池阴极性能的迅速衰减，使得工作稳定性迅速降低，且工艺复杂，制备成本较高；Ni基合金热膨胀系数明显大于SOFCs电解质(YSZ)与电极材料的热膨胀系数，在电堆启动和停止运行时，热冲击和较大的温度梯度差带来的热应力会使电解质膜发生灾难性破坏，另外成本也较高。同前两种合金相比，Fe基合金资源更丰富，且加工便捷，制作成本低廉，更重要的是其热膨胀系数与SOFCs的电解质和电极材料极为相近，稳定的抗氧化性等诸多优点而成为SOFCs金属连接体的研究重点。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。现有技术通常采用涂层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来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中低温化SOFCs金属连接体的涂层材料。尖晶石和复合尖晶石材料，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，MnCo2O4尖晶石的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、热膨胀系数与金属连接体更匹配的SOFCs金属连接体表面涂层材料。所述技术方案如下：本专利技术提供了一种SOFCs金属连接体表面涂层材料，所述涂层材料为尖晶石，结构式为MnCuxCo2-xO4，其中x取值范围为0.1—1。进一步地，x为0.1、0.3、0.5、0.7。本专利技术还提出一种SOFCs金属连接体表面涂层材料的制备方法，其包括如下步骤：S1，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；S2，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；S3，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SOFCs金属连接体表面涂层材料。本专利技术提出的SOFCs金属连接体表面涂层材料，能有效对合金表面进行改性，提高其抗氧化性和氧化层的导电性还能够有效的减缓或者抑制Cr挥发沉积带来的阴极毒化。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，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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的附图。图1为本专利技术制备的SOFCs金属连接体涂层材料MnCuxCo2-xO4(x＝0.1、0.3、0.5、0.7)尖晶石材料和SUS430合金的CET曲线示意图；图2为直流四点法测量电导率示意图；图3为本专利技术制备的SOFCs金属连接体涂层材料MnCuxCo2-xO4(x＝0.1、0.3、0.5、0.7)尖晶石经950℃煅烧后的电导率图；图4为本专利技术制备的SOFCs金属连接体涂层材料MnCuxCo2-xO4(x＝0.1、0.3、0.5、0.7)粉体750℃煅烧3h后的粉体XRD图谱。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术提供了一种SOFCs金属连接体表面涂层材料，该涂层为尖晶石材料，结构式为MnCuxCo2-xO4，其中x取值范围为0.1—1。具体的，本专利技术实施例中，x＝0.1、0.3、0.5、0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SOFCs金属连接体表面涂层材料，其特征在于，所述涂层材料为尖晶石，结构式为MnCuxCo2‑xO4，其中x取值范围为0.1—1。

【技术特征摘要】
1.一种SOFCs金属连接体表面涂层材料，其特征在于，所述涂层材料为尖
晶石，结构式为MnCuxCo2-xO4，其中x取值范围为0.1—1。
2.根据权利要求1所述的SOFCs金属连接体表面涂层材料，其特征在于，
x为0.1、0.3、0.5或0.7。
3.一种SOFCs金属连接体表面涂层材料的制备方法，其特征在于，包括如
下步骤：
S1，取Cu(NO3)2·3H2O，Co(NO3)2·6H2O和Mn(NO3)2混...

【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