本发明专利技术公开了一种高温固体氧化物电池金属连接体表面双层涂层及制备方法；所述涂层包括面向金属连接体表面的第一涂层和面向环境的第二涂层；第一涂层由主相尖晶石结构氧化物和第一次相复合氧化物组成，第二涂层由主相复合氧化物和第二次相复合氧化物组成。本发明专利技术的第一涂层与金属连接体结合良好并致密，可有效阻止铬元素向SOFC阴极或SOEC阳极的扩散；第二涂层中主相复合氧化物粉体采用前驱物，在非氧化气氛中可实现较高温度烧结避免金属连接体过度氧化，使其与第一涂层结合良好，并在电池运行前在较低温度下实现主相复合氧化物的成相，在获得高电导率的同时实现其与SOFC阴极或SOEC阳极的高热化学相容性和低的接触电阻。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种；所述涂层包括面向金属连接体表面的第一涂层和面向环境的第二涂层；第一涂层由主相尖晶石结构氧化物和第一次相复合氧化物组成，第二涂层由主相复合氧化物和第二次相复合氧化物组成。本专利技术的第一涂层与金属连接体结合良好并致密，可有效阻止铬元素向SOFC阴极或SOEC阳极的扩散；第二涂层中主相复合氧化物粉体采用前驱物，在非氧化气氛中可实现较高温度烧结避免金属连接体过度氧化，使其与第一涂层结合良好，并在电池运行前在较低温度下实现主相复合氧化物的成相，在获得高电导率的同时实现其与SOFC阴极或SOEC阳极的高热化学相容性和低的接触电阻。【专利说明】
本专利技术属于高温燃料电池和电解电池材料
，具体涉及一种。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)是一种通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变成电能的全固态发电器件，它不需经过从燃料化学能一热能一机械能一电能的转变过程，具有许多优点，其中突出的优点在于燃料的广泛适用性，可广泛地采用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气、生物质气、甲醇和乙醇等多种碳氢燃料，对此固体氧化物燃料电池具有广泛的应用领域。近年来，固体氧化物电解电池(Solid Oxide Flectrolysis Cell, S0EC)在国际上引起了广泛的关注，这是一种将电能和热能转化为化学能的全固态能量转化装置，采用可再生能源如太阳能、风能、地热能等作为电能和热能来源，进行二氧化碳和水高温协同电解反应制取合成气，是一种气候中和、不依赖于矿物能源的合成燃料生产技术，其优越性在于既保护环境又保持能源的可持续发展。实际应用中需将SOFC或SOEC的多个单电池连接起来形成电池堆，其中连接体是电池堆的核心部件之一，在电池堆中起着单电池间的电连接和燃料/氧化气体分隔的双重作用，在工作条件下必须与其他部件相匹配，同时必须在氧化还原气氛下长期稳定。对此，金属连接体显现出较大的优势，其中Fe和Cr为基的铁素体不锈钢资源丰富，具有良好的延展性、易于加工和制造成本低等优点，其热膨胀系数又与SOFC或SOEC其他部件的热膨胀系数相近，目前已成为连接体的主要候选材料。但其在实际应用中的工作温度下仍然存在着氧化层快速生长和Cr的毒化问题，使得电池堆性能大大降低。研究发现，在中温SOFC工作条件下运行几千小时后，铁素体不锈钢连接体表面的Cr2O3薄膜已生长成数微米或甚至几十微米厚，这一氧化物薄膜的生长导致电池面比电阻的增大，并伴随着电池堆性能的衰减，当Cr2O3薄膜厚度生长到一定数值后，因膜层与基体的热应力增大造成膜层脱落而失去电连接的作用。为解决上述问题，较为有效的方法之一是在铁素体不锈钢连接体表面涂覆合适的涂层材料，以借助涂层来抑制不锈钢连接体的氧化，保持与电极的良好接触，从而降低连接体与SOFC或SOEC电极之间的界面电阻，并隔绝不锈钢中Cr向SOFC阴极或SOEC阳极表面的挥发、沉积与毒化，保持SOFC或SOEC电池堆性能的长期稳定。经对现有技术的文献检索发现，申请号为CN201310321363.0的中国专利技术专利公开了一种用于固体氧化物燃料电池金属连接体的高温耐蚀导电陶瓷涂层材料及其制备方法，在金属基体表面采用高能微弧电沉积先制备5?20 μ m厚、晶粒尺寸为0.01?2 μ m的金属Co过渡层,再制备0.1?5 μ m厚、晶粒尺寸为0.01?I μ m的金属Mn表面层,然后高温煅烧，得到的高温耐蚀导电陶瓷涂层为金属Co和原位生成的CoMn2O4尖晶石复合涂层。虽然这一复合涂层具有优良的高温抗氧化性能，可有效阻止高温下铬化物的挥发，且涂层具有较好的高温导电性能，但在氧化气氛中高温煅烧将使金属连接体的另一面表面形成氧化膜，从而增加了整个金属连接体的电阻。同时，这一复合涂层表面未沉积高导电的接触层材料，这将造成与电极的高接触电阻。另外，申请号为CN201210572443.9的中国专利技术专利提供了一种用于固体氧化物燃料电池阴极侧与连接件间的接触层，包括:复合于阴极侧的集流层，所述集流层由钙钛矿和贵金属形成，与所述集流层相连接的第一涂层由钙钛矿和贵金属形成，与所述第一涂层相连接的第二涂层由金属形成，与所述第二涂层相连接的为连接件。其中，集流层是由钙钛矿和贵金属形成，降低了成本，提高了集流层的电导率，可以有效地收集电极产生的电子，减小阴极与集流层的接触电阻；第一涂层与集流层的组成相同，热变形一致，能够保持更紧密的接触，有效地减小热效应引起的阴极和连接件的脱离，减少接触电阻；第二涂层与连接件组成相近，可以和连接件保持紧密接触，避免脱离。但是，其与连接件相连接的由金属构成的第二涂层采用等离子喷涂法制备，制造成本较高，并容易造成第二涂层不致密，在长时间的高温氧化气氛工作中连接件内的铬将通过第二涂层的空隙挥发，与集流层和第一涂层中的钙钛矿氧化物反应形成SrCrO4，从而破坏了这些钙钛矿氧化物的稳定性，造成接触层的电阻逐渐增大。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:第一方面，本专利技术涉及一种高温固体氧化物电池金属连接体表面双层涂层，所述涂层包括面向金属连接体表面的第一涂层和面向环境的第二涂层；所述第一涂层由主相尖晶石结构氧化物和第一次相复合氧化物组成，所述第二涂层由主相复合氧化物和第二次相复合氧化物组成。优选地，所述主相尖晶石结构氧化物和第一次相复合氧化物的重量比为70: 30 ~95: 5。优选地，所述主相尖晶石结构氧化物的结构式为A3_xTMx04，X = 0.0~2.0 ;其中A为选自第一、二系列的过渡金属、Ce、A1、Ga、Sn、I η中的一种或几种的混合物；TM为Mn、Fe、Co、N1、Cu中的一种或几种的混合。优选地，所述第一次相复合氧化物为稀土钙钛矿结构氧化物、萤石结构氧化物、岩盐结构氧化物、刚玉结构氧化物、纤锌矿结构氧化物中的一种或几种的混合。优选地,所述稀土钙钛矿结构氧化物的结构式为LrvySryTMCVs, y = 0.1~0.9,O ≤ δ≤I ;其中，Ln为La、Pr、Nd、Sm、Gd中的一种或几种的混合，TM为Mn、Fe、Co、N1、Cu中的一种或几种的混合。优选地，所述萤石结构氧化物为氧化铈或者稀土掺杂氧化铈；所述稀土为Y、La、Pr、Nd、Sm、Gd中的一种或几种的混合。优选地，所述岩盐结构氧化物的结构式为BO ;所述刚玉结构氧化物的结构式为B2O3 ;所述纤锌矿结构氧化物的结构式为BO ;所述B为Al、Mg、Ca、Sr、Ba、Cd、V、Mn、Fe、Cu、Co、Cr、N1、T1、Zn、Ga和Rh中的一种或几种的混合。优选地，所述主相复合氧化物与第二次相复合氧化物的重量比为60: 40~90: 10。优选地，所述主相复合氧化物为稀土钙钛矿结构复合氧化物、碱土金属基钙钛矿结构复合氧化物、双钙钛矿结构复合氧化物、K2NiF4型结构复合氧化物中的一种或几种。优选地，所述稀土钙钛矿结构复合氧化物结构式为LrvzSrzTMCVs，z = 0.1~0.9，O≤δ≤1 ;所述碱土金属基钙钛矿结构复合氧化物结构式为Ba^SreTMCVs，e = 0.1~0.9,本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：屠恒勇，杨晓龙，余晴春，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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