一种含BaO的固体氧化物燃料电池微晶封接玻璃及其制备和使用方法技术

本发明专利技术公开了一种含BaO的固体氧化物燃料电池微晶封接玻璃及其制备和使用方法，所制备的微晶玻璃成分是BaO、MgO、Al2O3、B2O3和SiO2。通过熔融淬火的方法成功制备了具有与SOFC组件互相匹配的含BaO微晶封接玻璃粉体，并通过配制玻璃密封胶后塑型及热处理的方式，使NiO

【技术实现步骤摘要】
一种含BaO的固体氧化物燃料电池微晶封接玻璃及其制备和使用方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种含BaO的固体氧化物燃料电池微晶封接玻璃及其制备和使用方法。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种以氧离子或质子传导，将燃料和氧化剂气体中的化学能直接转化为电能的发电装置。SOFC单体电池所能产生的电压与功率有限，须以串、并或混联成电池堆来提升发电效率。平板式SOFC电池具有厚度薄、能量密度高的特点，而其主要缺点是密封面积大，封接困难。硅酸盐基微晶玻璃作为高温SOFC封接材料较为合适。然而，随着工作温度的降低，硅酸盐微晶玻璃的密封性能变差，在硅酸盐基玻璃中添加碱土金属氧化物改性剂可显著改善中低温区的密封性能。例如，添加BaO可以调控微晶封接玻璃的热性能。随着 BaO 的加入，微晶玻璃的热膨胀系数（CTE）明显增加。BaO含量的增加会提高玻璃基体中非桥接氧的数量，降低玻璃化转变温度（T
g
）和玻璃软化温度（T
s
），改善玻璃与SOFC组件的润湿性。以BaO为改性剂的硅酸盐玻璃可以降低玻璃结晶温度（T
c
）增加在运行温度下的结晶，结晶相CTE与玻璃基体相近，这些晶体相的存在提高了高温密封的连接强度，同时残余玻璃相轻微软化的自愈特性避免热循环过程中热应力对结构的破坏（International Journal of Energy Research, 2021, 91 (8): P20559
‑
20582）。
[0003]综上，本专利技术制备和使用BaO
‑
MgO
‑
Al2O3‑
B2O3‑
SiO2微晶封接玻璃粉体，并通过配制成玻璃密封胶后塑型并热处理的方式，旨在保证SOFC长时间运行稳定性。本专利技术相比现有技术具有显著的进步和较好的应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种含BaO的SOFC微晶封接玻璃及其制备和使用方法，通过添加适当含量的BaO，有效调控微晶封接玻璃的热性能，从而提高微晶封接玻璃与SOFC组件的匹配性，避免封接玻璃在长期工作和热循环后的密封失效。
[0005]为实现上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实施的：一种含BaO的SOFC微晶封接玻璃，是由原料BaO、MgO、Al2O3、B2O3和SiO2按摩尔比(30~40):(10~20):(1~5):(8~12):(35~55)制备而成。
[0006]制备和使用如上所述的含BaO的SOFC微晶封接玻璃的方法具体包括以下步骤：（1）将一定量的原料混合均匀后熔制；对熔制好的玻璃液急冷，获得玻璃熔块；将玻璃熔块粉碎，研磨或者球磨，过筛后获得玻璃粉末；（2）将玻璃粉末与有机粘结剂混合成浆料，球磨或研磨至均匀分散，得到玻璃密封件生料；（3）将玻璃密封件生料置于平板式SOFC和不锈钢连接体材料之间，缓慢升温干燥后，再经热处理后达成密封。
[0007]步骤（1）的熔制工艺为1300~1400 ℃保温1~2小时。
[0008]步骤（1）选用的标准检验筛为325目，过筛后玻璃粉体粒径≤45 μm。
[0009]步骤（2）的粘结剂为乙基纤维素和松油醇的混合物，质量比为4:96。
[0010]步骤（2）的玻璃粉末与粘结剂的质量比为2.5~3.5:1。
[0011]步骤（3）的干燥工艺为100~150 ℃，保温1~2小时。
[0012]步骤（3）的平板式SOFC为NiO
‑
YSZ阳极支撑型SOFC，不锈钢连接体为SUS430型不锈钢。
[0013]步骤（3）的热处理工艺为以2 ℃/min升至350 ℃和750 ℃分别保温2小时。
[0014]本专利技术的显著优点在于：（1）通过添加适量的BaO，有效改善微晶封接玻璃的热性能，特别是提高了热膨胀系数并与SOFC其他组件相匹配性，将对其在长期运行和热循环后的密封性起到突出作用。
[0015]（2）添加BaO还可以明显降低玻璃的特征温度，提高其与基材之间的封接能力，改善其工作温度下的软化和自愈合能力，有效地避免密封失效。
[0016]（3）相较于其他含BaO的玻璃，该封接玻璃更适合中温SOFC密封使用，玻璃化学性质稳定，长期运行后不与SOFC其他组件发生反应。
[0017]（4）本专利技术选择的原料常见、易得，制备工艺稳定、可行，使用方法简单，达到了实用化和工业化的条件。
附图说明
[0018]图1为实施例1、例2与例3的热膨胀曲线对比图。
[0019]图2为实施例1、例2与例3的差热分析曲线对比图。
[0020]图3为使用实施例2密封SOFC测试50小时后，NiO
‑
YSZ阳极支撑体/微晶封接玻璃/SUS430不锈钢三层结构抛光截面的扫描电子显微镜图像及线扫描能谱。
具体实施方式
[0021]本专利技术用下列实施例来进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于下列实施例。
[0022]表1 实施例1
‑
3中的微晶封接玻璃组分表（摩尔百分数）下面通过实施例对本专利技术进行进一步说明。
[0023]实施例1：（1）按照表中实施例1各组分的配比，称取一定量的分析纯原料，用研钵研磨1小时混合均匀；然后，将粉料放入铂金坩埚，置于箱式电阻炉的空气气氛中，以2 ℃/min加热至1300 ℃，保温2小时；然后，取出坩埚，将熔体倒入去离子水中急冷，干燥获得玻璃熔体的碎
块；（2）将玻璃熔体碎块研磨，过325目筛，得到玻璃粉体。将玻璃粉与粘结剂（质量比乙基纤维素:松油醇=4:96）以质量比3.5:1混合成浆料，在研钵中研磨均匀，得到密封胶浆料。
[0024]（3）将SUS430不锈钢与NiO
‑
YSZ阳极支撑型SOFC表面涂覆少许密封胶浆料，缓慢加热至150 ℃，保温1小时，然后在电炉中先以2 ℃/min的速率升温至350 ℃保温2小时，再以2 ℃/min的速率升温至750 ℃热处理2小时完成封接。
[0025]实施例2：（1）按照表中实施例2各组分的配比，称取一定量的分析纯原料，用研钵研磨1小时混合均匀；然后，将粉料放入铂金坩埚，置于箱式电阻炉的空气气氛中，以2 ℃/min加热至1350 ℃，保温1.5小时；然后，取出坩埚，将熔体倒入去离子水中急冷，干燥获得玻璃熔体的碎块；（2）将玻璃熔体碎块研磨，过325目筛，得到玻璃粉体。将玻璃粉与粘结剂（质量比乙基纤维素:松油醇=4:96）以质量比3:1混合成浆料，在研钵中研磨均匀，得到密封胶浆料。
[0026]（3）将SUS430不锈钢与NiO
‑
YSZ阳极支撑型SOFC表面涂覆少许密封胶浆料，缓慢加热至150 ℃，保温1.5小时，然后在电炉中先以2 ℃/min的速率升温至350 ℃保温2小时，再以2 ℃/min的速率升温至750 ℃热处理2小时完成封接。
[0027]实施例3：（1）按照表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含BaO的固体氧化物燃料电池微晶封接玻璃的使用方法，其特征在于：所述的微晶玻璃是由原料BaO、MgO、Al2O3、B2O3和SiO2按(30~40):(10~20):(1~5):(8~12):(35~55)的摩尔比制备而成，具体包括以下步骤：（1）将一定量的原料混合均匀后熔制；对熔制好的玻璃液急冷，获得玻璃熔块；将玻璃熔块粉碎，研磨或者球磨，过筛后获得玻璃粉末；（2）将玻璃粉末与有机粘结剂混合成浆料，球磨或研磨至均匀分散，得到玻璃密封件生料；（3）将玻璃密封件生料置于平板式固体氧化物燃料电池和不锈钢连接体材料之间，缓慢升温干燥后，再经热处理后达成密封。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）的熔制工艺为1300~1400 ℃保温1~2小时。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孔发，卢正昊，艾娜，王欣，邵艳群，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：