用于固體燃料電池的不銹鋼與YSZ陶瓷空氣反應(yīng)連接機(jī)理
發(fā)布時(shí)間：2020-12-07 23:19
固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種清潔高效的高溫固態(tài)電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng),具備成本低、污染小、能量轉(zhuǎn)化率高、燃料多樣性以及噪音小等優(yōu)勢。為了獲得足夠的功率輸出,需要將多個(gè)單電池互連構(gòu)建電池堆,其中實(shí)現(xiàn)電池片YSZ陶瓷部位與不銹鋼連接是構(gòu)建SOFC電池堆的關(guān)鍵技術(shù)。電池堆需要在高溫（800°C）雙重氣氛（氧化和還原）下長期服役,接頭在服役過程中將面臨化學(xué)腐蝕和熱應(yīng)力的挑戰(zhàn),接頭組織穩(wěn)定、氣密性良好以及連接強(qiáng)度高是滿足電池堆服役需求的重要指標(biāo)。當(dāng)前,Ag基釬料是滿足電池堆長期服役的最佳選擇,尤其適用于移動(dòng)電源設(shè)備。但是,現(xiàn)階段使用最為廣泛的Ag-CuO釬料存在與不銹鋼過度反應(yīng)、與電池堆組件熱失配較大和連接溫度高等問題。為解決上述Ag基釬料存在的問題,本文通過對不銹鋼基體預(yù)制保護(hù)層、優(yōu)化釬料體系及納米Ag低溫連接的方法,研究了保護(hù)層形成與保護(hù)機(jī)制、釬料強(qiáng)化機(jī)理并實(shí)現(xiàn)了接頭的高質(zhì)量連接。采用空氣反應(yīng)鋁化法在鐵素體不銹鋼（Crofer22）表面成功制備了Al2O3保護(hù)層,通過優(yōu)化工藝對保護(hù)層的形成和保護(hù)機(jī)制進(jìn)行了深入分析,闡明了鋁粉熔化-凝固-擴(kuò)散過程...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：169 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
陽極支撐體固體氧化物燃料電池堆示意圖
較高的氧離子電導(dǎo)性，但是，其結(jié)構(gòu)中引起 CGO 電子電導(dǎo)率升高，這增加了避免與陽極和陰極材料反應(yīng)，在高溫而且容易制備成致密性良好的結(jié)構(gòu)有用最為廣泛的電解質(zhì)材料[33-35]。密的結(jié)構(gòu)不同，電極材料需要具備多，提高反應(yīng)效率。其中，陽極材料對活性，高的導(dǎo)電率，以及在還原性燃很好的催化氫氣氧化，而且成本相對獨(dú)使用，因?yàn)?Ni 相對于電解質(zhì)陶瓷材料引起熱失配破壞。通過將 Ni 與氧化金屬-陶瓷復(fù)合材料(Ni-YSZ)很好的解了陽極材料的熱膨脹系數(shù)，同時(shí)擴(kuò)展了所示，復(fù)合 Ni-YSZ 多孔結(jié)構(gòu)，拓展了體的氧化效率[37]。
化以及濕還原氣氛中具備穩(wěn)定的長期服役性，封接材料與兩側(cè)母材不發(fā)生反應(yīng)，避免對電池造成損傷，能夠避免氫脆。工藝過程：工藝靈活性高，適用于多種封接表面，封接過程要盡可能減少對母材的損傷，工藝周期短利于 SOFC 電池堆市場化應(yīng)用。電性能：封接材料電絕緣，或者通過封接改性和添加中間絕緣層避免電池片短路。除了需要滿足上述封接要求外，電池堆封接技術(shù)針對封接位置不同也需出一定的調(diào)整。圖 1-3 顯示了平板型 SOFC 電池堆封接位置示意圖。具體概括為四種主要的封接位置[56]：電池片與金屬支撐框、金屬支撐框與金屬體、金屬支撐框/金屬連接體與電絕緣中間層和電池堆與基底氣流板。四種位置可以總結(jié)為兩類封接：電池片陶瓷與不銹鋼封接和不銹鋼自身封接。電池片陶瓷與不銹鋼的封接為異種材料連接，電池片整體厚度只有 500μ接過程容易破裂，封接難度更大，本論文將主要針對電池片與不銹鋼的異料封接進(jìn)行深入研究。當(dāng)前，電池堆封接技術(shù)主要包括壓縮密封和緊固性兩類，其中緊固性封接主要包括玻璃連接和空氣反應(yīng)釬焊。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新時(shí)代中國能源安全分析及政策建議[J]. 程蕾. 中國能源. 2018(02)
[2]可再生能源發(fā)展促進(jìn)政策機(jī)制分析及建議[J]. 時(shí)璟麗. 中國能源. 2017(09)
[3]中國的能源狀況與政策[J]. 資源與人居環(huán)境. 2008(04)
[4]論中國可再生能源發(fā)展機(jī)制[J]. 任東明,曹靜. 中國人口.資源與環(huán)境. 2003(05)
博士論文
[1]復(fù)合納米銀顆粒低溫?zé)Y(jié)機(jī)理及其性能研究[D]. 肖勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
碩士論文
[1]鐵素體不銹鋼表面改性及其與YSZ陶瓷的空氣釬焊研究[D]. 王東.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]小尺寸納米銀焊膏低溫低壓連接工藝及其機(jī)理研究[D]. 張鵬哲.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
本文編號(hào)：2904055
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：169 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
陽極支撐體固體氧化物燃料電池堆示意圖
較高的氧離子電導(dǎo)性，但是，其結(jié)構(gòu)中引起 CGO 電子電導(dǎo)率升高，這增加了避免與陽極和陰極材料反應(yīng)，在高溫而且容易制備成致密性良好的結(jié)構(gòu)有用最為廣泛的電解質(zhì)材料[33-35]。密的結(jié)構(gòu)不同，電極材料需要具備多，提高反應(yīng)效率。其中，陽極材料對活性，高的導(dǎo)電率，以及在還原性燃很好的催化氫氣氧化，而且成本相對獨(dú)使用，因?yàn)?Ni 相對于電解質(zhì)陶瓷材料引起熱失配破壞。通過將 Ni 與氧化金屬-陶瓷復(fù)合材料(Ni-YSZ)很好的解了陽極材料的熱膨脹系數(shù)，同時(shí)擴(kuò)展了所示，復(fù)合 Ni-YSZ 多孔結(jié)構(gòu)，拓展了體的氧化效率[37]。
化以及濕還原氣氛中具備穩(wěn)定的長期服役性，封接材料與兩側(cè)母材不發(fā)生反應(yīng)，避免對電池造成損傷，能夠避免氫脆。工藝過程：工藝靈活性高，適用于多種封接表面，封接過程要盡可能減少對母材的損傷，工藝周期短利于 SOFC 電池堆市場化應(yīng)用。電性能：封接材料電絕緣，或者通過封接改性和添加中間絕緣層避免電池片短路。除了需要滿足上述封接要求外，電池堆封接技術(shù)針對封接位置不同也需出一定的調(diào)整。圖 1-3 顯示了平板型 SOFC 電池堆封接位置示意圖。具體概括為四種主要的封接位置[56]：電池片與金屬支撐框、金屬支撐框與金屬體、金屬支撐框/金屬連接體與電絕緣中間層和電池堆與基底氣流板。四種位置可以總結(jié)為兩類封接：電池片陶瓷與不銹鋼封接和不銹鋼自身封接。電池片陶瓷與不銹鋼的封接為異種材料連接，電池片整體厚度只有 500μ接過程容易破裂，封接難度更大，本論文將主要針對電池片與不銹鋼的異料封接進(jìn)行深入研究。當(dāng)前，電池堆封接技術(shù)主要包括壓縮密封和緊固性兩類，其中緊固性封接主要包括玻璃連接和空氣反應(yīng)釬焊。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新時(shí)代中國能源安全分析及政策建議[J]. 程蕾. 中國能源. 2018(02)
[2]可再生能源發(fā)展促進(jìn)政策機(jī)制分析及建議[J]. 時(shí)璟麗. 中國能源. 2017(09)
[3]中國的能源狀況與政策[J]. 資源與人居環(huán)境. 2008(04)
[4]論中國可再生能源發(fā)展機(jī)制[J]. 任東明,曹靜. 中國人口.資源與環(huán)境. 2003(05)
博士論文
[1]復(fù)合納米銀顆粒低溫?zé)Y(jié)機(jī)理及其性能研究[D]. 肖勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
碩士論文
[1]鐵素體不銹鋼表面改性及其與YSZ陶瓷的空氣釬焊研究[D]. 王東.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]小尺寸納米銀焊膏低溫低壓連接工藝及其機(jī)理研究[D]. 張鵬哲.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
本文編號(hào)：2904055
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