用于固体燃料电池的不锈钢与YSZ陶瓷空气反应连接机理
发布时间：2020-12-07 23:19
固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种清洁高效的高温固态电化学能源转换系统,具备成本低、污染小、能量转化率高、燃料多样性以及噪音小等优势。为了获得足够的功率输出,需要将多个单电池互连构建电池堆,其中实现电池片YSZ陶瓷部位与不锈钢连接是构建SOFC电池堆的关键技术。电池堆需要在高温（800°C）双重气氛（氧化和还原）下长期服役,接头在服役过程中将面临化学腐蚀和热应力的挑战,接头组织稳定、气密性良好以及连接强度高是满足电池堆服役需求的重要指标。当前,Ag基钎料是满足电池堆长期服役的最佳选择,尤其适用于移动电源设备。但是,现阶段使用最为广泛的Ag-CuO钎料存在与不锈钢过度反应、与电池堆组件热失配较大和连接温度高等问题。为解决上述Ag基钎料存在的问题,本文通过对不锈钢基体预制保护层、优化钎料体系及纳米Ag低温连接的方法,研究了保护层形成与保护机制、钎料强化机理并实现了接头的高质量连接。采用空气反应铝化法在铁素体不锈钢（Crofer22）表面成功制备了Al2O3保护层,通过优化工艺对保护层的形成和保护机制进行了深入分析,阐明了铝粉熔化-凝固-扩散过程...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
阳极支撑体固体氧化物燃料电池堆示意图
较高的氧离子电导性，但是，其结构中引起 CGO 电子电导率升高，这增加了避免与阳极和阴极材料反应，在高温而且容易制备成致密性良好的结构有用最为广泛的电解质材料[33-35]。密的结构不同，电极材料需要具备多，提高反应效率。其中，阳极材料对活性，高的导电率，以及在还原性燃很好的催化氢气氧化，而且成本相对独使用，因为 Ni 相对于电解质陶瓷材料引起热失配破坏。通过将 Ni 与氧化金属-陶瓷复合材料(Ni-YSZ)很好的解了阳极材料的热膨胀系数，同时扩展了所示，复合 Ni-YSZ 多孔结构，拓展了体的氧化效率[37]。
化以及湿还原气氛中具备稳定的长期服役性，封接材料与两侧母材不发生反应，避免对电池造成损伤，能够避免氢脆。工艺过程：工艺灵活性高，适用于多种封接表面，封接过程要尽可能减少对母材的损伤，工艺周期短利于 SOFC 电池堆市场化应用。电性能：封接材料电绝缘，或者通过封接改性和添加中间绝缘层避免电池片短路。除了需要满足上述封接要求外，电池堆封接技术针对封接位置不同也需出一定的调整。图 1-3 显示了平板型 SOFC 电池堆封接位置示意图。具体概括为四种主要的封接位置[56]：电池片与金属支撑框、金属支撑框与金属体、金属支撑框/金属连接体与电绝缘中间层和电池堆与基底气流板。四种位置可以总结为两类封接：电池片陶瓷与不锈钢封接和不锈钢自身封接。电池片陶瓷与不锈钢的封接为异种材料连接，电池片整体厚度只有 500μ接过程容易破裂，封接难度更大，本论文将主要针对电池片与不锈钢的异料封接进行深入研究。当前，电池堆封接技术主要包括压缩密封和紧固性两类，其中紧固性封接主要包括玻璃连接和空气反应钎焊。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新时代中国能源安全分析及政策建议[J]. 程蕾. 中国能源. 2018(02)
[2]可再生能源发展促进政策机制分析及建议[J]. 时璟丽. 中国能源. 2017(09)
[3]中国的能源状况与政策[J]. 资源与人居环境. 2008(04)
[4]论中国可再生能源发展机制[J]. 任东明,曹静. 中国人口.资源与环境. 2003(05)
博士论文
[1]复合纳米银颗粒低温烧结机理及其性能研究[D]. 肖勇.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]铁素体不锈钢表面改性及其与YSZ陶瓷的空气钎焊研究[D]. 王东.哈尔滨工业大学 2017
[2]小尺寸纳米银焊膏低温低压连接工艺及其机理研究[D]. 张鹏哲.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：2904055
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
阳极支撑体固体氧化物燃料电池堆示意图
较高的氧离子电导性，但是，其结构中引起 CGO 电子电导率升高，这增加了避免与阳极和阴极材料反应，在高温而且容易制备成致密性良好的结构有用最为广泛的电解质材料[33-35]。密的结构不同，电极材料需要具备多，提高反应效率。其中，阳极材料对活性，高的导电率，以及在还原性燃很好的催化氢气氧化，而且成本相对独使用，因为 Ni 相对于电解质陶瓷材料引起热失配破坏。通过将 Ni 与氧化金属-陶瓷复合材料(Ni-YSZ)很好的解了阳极材料的热膨胀系数，同时扩展了所示，复合 Ni-YSZ 多孔结构，拓展了体的氧化效率[37]。
化以及湿还原气氛中具备稳定的长期服役性，封接材料与两侧母材不发生反应，避免对电池造成损伤，能够避免氢脆。工艺过程：工艺灵活性高，适用于多种封接表面，封接过程要尽可能减少对母材的损伤，工艺周期短利于 SOFC 电池堆市场化应用。电性能：封接材料电绝缘，或者通过封接改性和添加中间绝缘层避免电池片短路。除了需要满足上述封接要求外，电池堆封接技术针对封接位置不同也需出一定的调整。图 1-3 显示了平板型 SOFC 电池堆封接位置示意图。具体概括为四种主要的封接位置[56]：电池片与金属支撑框、金属支撑框与金属体、金属支撑框/金属连接体与电绝缘中间层和电池堆与基底气流板。四种位置可以总结为两类封接：电池片陶瓷与不锈钢封接和不锈钢自身封接。电池片陶瓷与不锈钢的封接为异种材料连接，电池片整体厚度只有 500μ接过程容易破裂，封接难度更大，本论文将主要针对电池片与不锈钢的异料封接进行深入研究。当前，电池堆封接技术主要包括压缩密封和紧固性两类，其中紧固性封接主要包括玻璃连接和空气反应钎焊。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新时代中国能源安全分析及政策建议[J]. 程蕾. 中国能源. 2018(02)
[2]可再生能源发展促进政策机制分析及建议[J]. 时璟丽. 中国能源. 2017(09)
[3]中国的能源状况与政策[J]. 资源与人居环境. 2008(04)
[4]论中国可再生能源发展机制[J]. 任东明,曹静. 中国人口.资源与环境. 2003(05)
博士论文
[1]复合纳米银颗粒低温烧结机理及其性能研究[D]. 肖勇.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]铁素体不锈钢表面改性及其与YSZ陶瓷的空气钎焊研究[D]. 王东.哈尔滨工业大学 2017
[2]小尺寸纳米银焊膏低温低压连接工艺及其机理研究[D]. 张鹏哲.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：2904055
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