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固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能量转换效率高、环境友好和燃料适应性广等优点,是举世公认的高效绿色能源转换技术。金属连接极因其较高的电子电导率、廉价易加工等优点已广泛应用于中温固体氧化物燃料电池中,然而在操作温度下金属连接极易发生氧化和Cr挥发等问题,严重影响了电池堆性能。
本文以开发新型抗氧化涂层材料为重点,从结构稳定性、热膨胀性能、导电性能等多方面考虑出发,探索了金属Ag、尖晶石及钙钛矿类氧化物等新型涂层材料。通过涂层材料的选择、结构设计、制备和优化,以及通过粉体制备工艺及涂覆工艺的优化,获得具有高性能的抗氧化涂层材料。取得了如下的研究结果:
开发了YCo0.6Mn0.4O3新型抗氧化涂层材料,该材料具有与SS410合金匹配的热膨胀系数、较高的电导率、较稳定的相结构、与常用的阴极粉体锰酸镧锶(LSM)及铁钴锶镧(LSCF)具有较好的化学相容性等优点。通过柠檬酸合成法制备了YCo0.6Mn0.4O3粉体,并对粉体的制备工艺进行了优化研究。采用丝网印刷-干压联用技术在SS410合金上涂覆YCo0.6Mn0.4O3保护涂层材料,采用氧化增重法、SEM/EDX、四探针法分别对SS410合金及其涂覆抗氧化涂层后的高温氧化速率、微观形貌、Cr的挥发性和面积比电阻(Area Specific Resistance,ASR)进行了研究。结果表明,通过丝网印刷法-干压联用技术可在合金表面制备出连续、致密的抗氧化涂层,且涂层在循环氧化过程中与合金基底结合牢固,没有出现剥离脱落现象。涂覆YCo0.6Mn0.4O3涂层后,在800℃下SS410合金的氧化速率(kg)降低了1个数量级,其面积比电阻(ASR)由未涂层的92 mΩ·cm2降到了20 mΩ·cm2以下,极大地提高了合金的高温抗氧化性能及电导性能。