液态金属高温电池密封材料的研究
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【摘要】：液态金属电池（Liquid Metal Battery）是近年来在MIT发展起来一类廉价高效大规模储能装置。它具有储能价格低、电极结构简单、易于放大和生产、电荷/离子传输阻力小、充放电倍率高功率密度高、电极无形变、无枝晶生长、运行寿命长、维护成本低等优点，使其有应用于大规模储能领域的潜力。但由于都是使用活泼金属且是在高温运行工作，必须使电池内部与外界空气隔离，这就要求液态金属电池密封材料具有良好的气密性、绝缘性、热稳定性及化学稳定性等。因此，密封成为限制液态金属电池发展的技术难点之一。本论文以液态金属电池技术为背景，研究开发能满足液态金属电池密封要求的密封材料。 本文中设计优化铋酸盐密封玻璃配方，讨论各组分对玻璃热稳定性以及特征温度的影响，筛选出满足玻璃化温度(Tg)㩳液态金属电池工作温度㩳液相温度(Tm)这一要求的玻璃配比，再进一步根据密封材料可允许的热膨胀系数（TEC）范围（14.933-17.067×10-6K-1）挑选出满足这一要求玻璃组成，结合这两个条件，得出只有77wt%氧化铋、2wt%氧化铜、2wt%氧化锌、2wt%氧化铝、16.1wt%氧化硼以及0.9wt%氧化硅（GA-5）这个配比满足上述两个要求，它的热膨胀系数为15.22×10-6K-1，Tg为404℃，Tm为512℃，然后根据GA-5随着热处理时间延长的结晶情况，研究GA-5的热稳定性以及与待密封材料304不锈钢的化学稳定性和长期适应性，，最后，观察GA-5与304不锈钢的粘结界面，探讨GA-5材料的致密性并且进一步研究材料的化学稳定性。 本文还分别用固相合成法以及气固合成法合成出CaAl2S4材料，用氧化钙、氧化镁、氧化硼、氮化硼和氮化铝进行掺杂来对CaAl2S4材料的热膨胀系数进行调节，并研究各个氧化物对CaAl2S4材料热膨胀系数的影响，最后，探究这些掺杂后材料的致密性，挑选出符合要求的掺杂剂以及配比。
【关键词】：液态金属电池 密封材料 微晶玻璃 硫基陶瓷
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 1 绪论9-26
- 1.1 引言9
- 1.2 液态金属电池概述9-19
- 1.3 高温储能电池密封材料的研究进展19-24
- 1.4 研究目的和意义24-26
- 2 试验方法以及仪器26-31
- 2.1 实验药品和试剂26
- 2.2 实验仪器和设备26-27
- 2.3 材料分析与表征手段27-31
- 3 铋酸盐系微晶玻璃的研究31-35
- 3.1 引言31
- 3.2 实验内容与工艺流程31-35
- 4 各组分对铋系玻璃系统的影响35-42
- 4.1 氧化铝对铋酸盐系玻璃系统的影响35-37
- 4.2 氧化铜对铋酸盐玻璃系统的影响37-39
- 4.3 硼硅比对铋酸盐玻璃系统的影响39-40
- 4.4 小结40-42
- 5 铋酸盐系微晶玻璃与基底材料的适应性42-50
- 5.1 封接材料的热膨胀匹配性能分析42-45
- 5.2 玻璃与基底材料的长期适应性研究45-46
- 5.3 与 304 不锈钢的界面分析46-48
- 5.4 小结48-50
- 6 硫基陶瓷作为密封材料的探索50-63
- 6.1 合成方法50-52
- 6.2 热膨胀系数的调节52-57
- 6.3 复合材料致密性研究57-61
- 6.4 小结61-63
- 7 结论63-65
- 致谢65-66
- 参考文献66-69
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本文编号：314355
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