本文關(guān)鍵詞：固體氧化物燃料電池金屬連接體表面雙層涂層的制備與性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效、潔凈的新型能源轉(zhuǎn)化裝置,它具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)、模塊化組裝、能量轉(zhuǎn)化效率高、燃料適用性廣和不需要貴金屬作為催化劑等顯著優(yōu)點。金屬合金具有材料成本低、氣密性好、電導(dǎo)率高、導(dǎo)熱性能好、易于加工等優(yōu)點,逐漸取代傳統(tǒng)的陶瓷材料鉻酸鑭(LaCrO3)被應(yīng)用于電池的連接體。但是,未經(jīng)特殊處理的金屬合金在典型的SOFC運(yùn)行環(huán)境下會因表面氧化膜形成而不斷增大電池堆的接觸電阻。此外,在SOFC陰極工作氣氛下金屬合金揮發(fā)出氣態(tài)Cr會毒化電池陰極,造成電池性能急劇下降。目前,雙層涂層被廣泛應(yīng)用于金屬連接體的保護(hù)涂層,第一涂層作為致密的阻擋層,限制金屬基體中鉻的往外擴(kuò)散;第二涂層作為陰極接觸層,主要作用是減少金屬連接體和電池陰極的接觸電阻。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物(例如La0.6Sr0.4Co O3(LSC),La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3(LSCF),La0.6Sr0.4Cu0.9Fe0.1O3(LSCuF)和Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)等)被廣泛應(yīng)用于陰極接觸層,這些鈣鈦礦型氧化物材料具有與電池的陰極化學(xué)兼容性好并且具有很高的電子電導(dǎo)率等優(yōu)點。但是這些鈣鈦礦型氧化物的熱膨脹系數(shù)普遍比較大,并且需要較高的燒結(jié)溫度才能夠燒結(jié)致密,而金屬合金應(yīng)用于連接體限制了燒結(jié)溫度不能太高,為了避免金屬合金被過度氧化,需要開發(fā)新的涂層制備工藝用于陰極接觸層的制備。本文針對金屬連接體表面Cr阻擋層的制備工藝復(fù)雜且致密度不高,以及高溫?zé)Y(jié)陰極接觸層容易導(dǎo)致金屬基體嚴(yán)重氧化等難題,提出一種新的綜合方法用于金屬連接體表面雙層涂層的制備。首先,通過電鍍法在經(jīng)濟(jì)型不銹鋼SUS430表面電鍍鈷,鈷鍍層經(jīng)過后期熱處理形成致密的鈷基尖晶石阻擋層,然后通過前驅(qū)體原位成相法或者液相燒結(jié)法制備陰極接觸層,以降低接觸層的燒結(jié)溫度,避免金屬合金基體在高溫空氣氣氛下被過度氧化。實驗結(jié)果表明電鍍得到的鈷鍍層致密平整,經(jīng)熱處理后最終形成致密的鈷基尖晶石層,該阻擋層與金屬基體結(jié)合緊密,有效地抑制了基體表面氧化皮的生長和Cr元素的往外擴(kuò)散,從而提高了金屬合金基體在高溫環(huán)境下的抗氧化性能。在制備陰極接觸層時,液相燒結(jié)法主要通過添加10wt%的Co3O4作為燒結(jié)助劑有效地提高了La0.6Sr0.4CoO3-δ接觸層的低溫?zé)Y(jié)效果,燒結(jié)溫度降低到900℃。前驅(qū)體原位成相法通過先將前驅(qū)體在氬氣下1100℃燒結(jié),然后空氣氣氛下800℃成相,有效地減少了對金屬基體的高溫氧化。在800℃下氧化200小時后,兩種方法制備的雙層涂層覆蓋的SUS430基體的ASR值約為23mΩ·cm2,明顯低于無涂層保護(hù)的SUS430基體的ASR值64mΩ·cm2,雙層涂層有效地改善了SUS430基體的電學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：固體氧化物燃料電池 金屬連接體 雙層涂層 液相燒結(jié) 原位成相
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 引言11-12
• 1.2 燃料電池概況12-20
• 1.2.1 燃料電池的分類14-16
• 1.2.2 燃料電池的應(yīng)用16-20
• 1.3 固體氧化物燃料電池概述20-25
• 1.3.1 固體氧化物燃料電池原理與構(gòu)造20-23
• 1.3.2 固體氧化物燃料電池連接體23-25
• 1.4 本文研究的背景和意義25-28
• 第二章 合金表面鉻阻擋層的制備28-37
• 2.1 合金基體的選材28-29
• 2.2 阻擋層的材料和制備工藝29-32
• 2.2.1 阻擋層材料介紹29-30
• 2.2.2 阻擋層制備方法介紹30-31
• 2.2.3 電鍍工藝介紹31-32
• 2.3 SUS430表面鈷鍍層的制備32-36
• 2.3.1 實驗原料和設(shè)備32-33
• 2.3.2 SUS430合金預(yù)處理33-34
• 2.3.3 電鍍?nèi)芤旱呐渲?/span>34-35
• 2.3.4 鈷鍍層制備工藝流程35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第三章 陰極接觸層的制備37-48
• 3.1 陰極接觸層概述37
• 3.2 陰極接觸材料的選擇和制備工藝37-39
• 3.2.1 陰極接觸材料的選擇37-38
• 3.2.2 制備工藝38-39
• 3.3 鈣鈦礦型鈷酸鍶鑭粉體的制備39-42
• 3.3.1 實驗原料和設(shè)備39-40
• 3.3.2 甘氨酸-硝酸鹽法40-42
• 3.3.3 溶膠-凝膠法42
• 3.4 液相燒結(jié)法制備陰極接觸層42-44
• 3.5 原位成相法制備陰極接觸層44-46
• 3.6 本章小結(jié)46-48
• 第四章 金屬連接體表面雙層涂層表征和性能測試48-59
• 4.1 涂層物相和微觀形貌分析48-53
• 4.1.1 物相分析48-50
• 4.1.2 阻擋層形貌分析50-51
• 4.1.3 雙層涂層截面形貌分析51-53
• 4.2 阻擋Cr擴(kuò)散能力測試53-55
• 4.3 表面比電阻測試55-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 結(jié)論與展望59-61
• 5.1 結(jié)論59-60
• 5.2 研究展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 致謝65-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文66-68

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 徐序;羅凌虹;胡瑋琪;孫良良;石紀(jì)軍;程亮;;LaCoO_3涂層對SUS430合金連接體的表面改性研究[J];中國陶瓷;2013年12期

2 張輝;王安祺;武俊偉;;固體氧化物燃料電池金屬連接體保護(hù)膜層研究進(jìn)展[J];中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報;2012年05期

3 付長t

本文編號：313172