一种用于SOFC连接体的复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于SOFC连接体的复合涂层及其制备方法，所述复合涂层包括内层的纳米氧化涂层，以及外层的掺杂氧化锡的尖晶石涂层，所述尖晶石的结构为(AB)3O4，所述(AB)3O4为(MnCo)3O4、(NiCo)3O4或者(NiMn)3O4，所述内层的纳米氧化涂层的厚度为100～500nm，所述尖晶石涂层的厚度为10～50μm，所述氧化涂层为氧化铈涂层或氧化钇涂层。本发明专利技术的复合涂层包括内层的纳米氧化涂层，以及外层的掺杂氧化锡的尖晶石涂层，不仅有效提高了基体表面氧化膜的致密性及抗剥落性，而且由于涂层较薄，对导电性的影响小，在尖晶石涂层中中加入氧化锡，高温下氧化锡被还原为金属锡，金属锡熔点较低，在高温下为类液态状态，具有良好的可塑性，能够弥补尖晶石颗粒之间形成的缝隙，使尖晶石复合涂层更加的致密。涂层更加的致密。涂层更加的致密。

【技术实现步骤摘要】
一种用于SOFC连接体的复合涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种固体氧化物燃料电池(SOFC)材料
，具体涉及一种用于SOFC连接体的复合涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料中的化学能清洁高效地直接转化为电能的发电装置。为了获得所需的电压和功率，SOFC发电系统中通常含有一个以上燃料电池单元，所述燃料电池单元间通过连接部件隔开，连接部件还起到电连接作用。为了满足高温强度和抗高温氧化的要求，金属连接部件一般使用含Cr的耐热合金，然而，尽管经过了合金成分的设计和优化，目前商用合金仍存在随着使用时间的增长，合金表面低电导率的氧化膜会增厚，电池内阻逐渐增加，导致电池性能及稳定性下降。另一方面，金属部件中的Cr会扩散到金属部件以外，通过汽化以及固相扩散等途径到达阴极和固体电解质的界面，出现所谓的阴极材料Cr中毒，使燃料电池的发电能力降低。在连接体表面涂覆保护涂层是控制合金表面氧化层增长以及控制Cr污染的有效方法，已被广泛采用。
[0003]目前，尖晶石材料是金属连接体所使用的主要涂层之一，为降低尖晶石材料的烧结温度，提高涂层的导电性和致密度，多采用掺杂的方式来制备尖晶石，但仍然存在Cr挥发，导致阴极材料中毒的问题，为进一步提高涂层性能，有研究者采用双涂层的方式，如使用内层为NiO、外层为(Ni，Fe)3O4尖晶石的双层涂层材料，但是上述材料的涂层会影响导电性。而且尖晶石掺杂材料，掺杂元素与尖晶石材料颗粒之间不可避免的会留下缝隙，涂层致密化程度较低。/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种用于SOFC连接体的复合涂层及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种用于SOFC连接体的复合涂层，所述复合涂层包括内层的纳米氧化涂层，以及外层的掺杂氧化锡的尖晶石涂层，所述尖晶石的结构为(AB)3O4。
[0006]上述的用于SOFC连接体的复合涂层包括内层的纳米氧化涂层，搭配尖晶石涂层，并且通过在尖晶石涂层中掺杂氧化锡，不仅有效提高了基体表面氧化膜的致密性及抗剥落性，还能够避免SOFC连接体中铬(Cr)的挥发，避免了SOFC的污染。
[0007]优选地，所述(AB)3O4为(MnCo)3O4、(NiCo)3O4或者(NiMn)3O4，所述内层的纳米氧化涂层的厚度为100～500nm，所述尖晶石涂层的厚度为10～50μm，所述氧化涂层为氧化铈涂层或氧化钇涂层。
[0008]优选地，所述复合涂层依次进行第一次烧结和第二次烧结，所述第一次烧结在含有氢气的气氛下进行，所述第二次在含有氧气的气氛下进行。
[0009]上述的用于SOFC连接体的复合涂层在外层的尖晶石涂层中由于加入了一定量的
氧化锡，在高温还原的过程中，氧化锡被还原为金属锡，金属锡熔点较低，在高温下为类液态状态，具有良好的可塑性，能够弥补尖晶石颗粒之间形成的缝隙，使尖晶石复合涂层更加的致密，能够有效的防止Cr挥发，而且氧化锡在高温下具有较高的导电性，不会对材料的导电性产生影响。
[0010]优选地，所述第一次烧结的温度为800～1000℃。
[0011]优选地，所述第二次烧结的温度为650～950℃。
[0012]优选地，所述掺杂氧化锡与尖晶石的摩尔比例为SnO2：(AB)3O4＝(0.1～0.15)：1。
[0013]本专利技术还提供上述任一所述复合涂层的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0014](1)将表面处理后的基体浸没在强电解质的铈酸盐或钇酸盐溶液中20～30min后干燥，所述铈离子或钇离子的浓度为0.05～0.2mol/L；
[0015](2)将尖晶石浆料喷涂至步骤(1)处理后的基体表面并控制尖晶石涂层烘干后生膜的厚度为10～50μm；所述尖晶石浆料包括所述(AB)3O4的氧化物前驱体、氧化锡、粘结剂、分散剂和去离子水；所述(AB)3O4的氧化物前驱体中A元素的氧化物与B元素的氧化物的摩尔比例为A元素：B元素＝1：(1～1.2)，所述浆料的粘度为100～180Pa s，所述浆料中的固相粒度D
90
≤3μm；
[0016](3)将步骤(2)得到的材料依次进行第一次烧结和第二次烧结，所述第一次烧结在含有氢气的气氛下进行，所述第二次在含有氧气的气氛下进行，所述第一次烧结的温度为800～1000℃，所述第二次烧结的温度为650～950℃。
[0017]浸渍作为一种涂层的制备方法，能够通过控制溶液浓度和浸渍时间，最终达到控制涂层厚度的目的，而且浸渍方法工艺简单，成本低；传统的尖晶石中会加入微量其他元素来形成掺杂，达到增加涂层致密度的目的，尽管如此，在所制备的涂层中，尖晶石颗粒与尖晶石颗粒之间的缝隙是无法弥补的，最终导致Cr从颗粒之间的缝隙之间挥发出来，影响电堆性能，上述方法通过在尖晶石浆料中添加一定量的氧化锡，使锡在形成掺杂的同时，还有余量残留在尖晶石颗粒与尖晶石颗粒之间的缝隙中，在尖晶石涂层制备的高温还原过程中，氧化锡被还原为金属锡，金属锡熔点较低，在高温下为类液态状态，具有良好的可塑性，能够弥补尖晶石颗粒之间形成的缝隙，使尖晶石复合涂层更加的致密，能够有效的防止Cr挥发，而且氧化锡在高温下具有较高的导电性，不会对材料的导电性产生影响。
[0018]优选地，所述步骤(1)中，所述基体为钢件，所述表面处理包括除油、喷砂粗化和超声清洗；所述铈离子或钇离子的浓度为0.1～0.2mol/L，所述干燥的温度为60～90℃。
[0019]优选地，所述步骤(2)中，所述(AB)3O4的氧化物前驱体为氧化锰和氧化钴，其中，锰元素和钴元素的摩尔比为1：(1～1.2)；
[0020]或者所述(AB)3O4的氧化物前驱体为氧化镍和氧化钴，其中，镍元素和钴元素的摩尔比为1：(1～1.2)；
[0021]或者所述(AB)3O4的氧化物前驱体为氧化镍和氧化锰，其中，镍元素和锰元素的摩尔比为1：(1～1.2)。
[0022]优选地，所述步骤(2)中，喷涂距离为10～20cm，喷涂角度为30～60
°
。
[0023]优选地，所述步骤(3)中，所述第一次烧结的时间为3～8小时，所述第二次烧结的时间为2～6小时。
[0024]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种用于SOFC连接体的复合涂层及其制备
方法，本专利技术的用于SOFC连接体的复合涂层包括内层的纳米氧化涂层以及外层的掺杂氧化锡的尖晶石涂层，不仅有效提高了基体表面氧化膜的致密性及抗剥落性，而且由于内层纳米氧化涂层和尖晶石涂层较薄，对导电性的影响小，而且外层的尖晶石涂层中由于加入了一定量的氧化锡，在高温还原的过程中，氧化锡被还原为金属锡，金属锡熔点较低，在高温下为类液态状态，具有良好的可塑性，能够弥补尖晶石颗粒之间形成的缝隙，使尖晶石复合涂层更加的致密，用于SOFC连接体，能够有效的防止SOFC连接体中Cr挥发，而且氧化锡在高温下具有较高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于SOFC连接体的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包括内层的纳米氧化涂层，以及外层的掺杂氧化锡的尖晶石涂层，所述尖晶石的结构为(AB)3O4。2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述(AB)3O4为(MnCo)3O4、(NiCo)3O4或者(NiMn)3O4，所述内层的纳米氧化涂层的厚度为100～500nm，所述尖晶石涂层的厚度为10～50μm，所述氧化涂层为氧化铈涂层或氧化钇涂层。3.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层依次进行第一次烧结和第二次烧结，所述第一次烧结在含有氢气的气氛下进行，所述第二次在含有氧气的气氛下进行。4.根据权利要求3所述的复合涂层，其特征在于，所述第一次烧结的温度为800～1000℃。5.根据权利要求3所述的复合涂层，其特征在于，所述第二次烧结的温度为650～950℃。6.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述掺杂氧化锡与尖晶石的摩尔比例为SnO2：(AB)3O4＝(0.1～0.15)：1。7.如权利要求1～6任一所述复合涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将表面处理后的基体浸没在强电解质的铈酸盐或钇酸盐溶液中20～30min后干燥，所述铈离子或钇离子的浓度为0.05～0.2mol/L；(2)将尖晶石浆料喷涂至步骤(1)处理后的基体表面并控制尖晶石涂层烘干后的生膜厚度为10～50μm；所述尖晶石浆料包括所述(AB)3O4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈烁烁，邱基华，王丽，杨双节，肖宇，
申请(专利权)人：深圳三环电子有限公司，
类型：发明
国别省市：