中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封材料及密封方法

摘要

本发明公开了一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封材料，该密封材料包括：Al₂O₃粉体、玻璃粉体以及作为粘结剂和增塑剂的有机添加剂，其中玻璃粉体由质量百分比为20%~25%的BaO、质量百分比为10%~15%的B₂O₃、质量百分比为20%~25%的MgO、质量百分比为10%~15%的ZnO和质量百分比为30%~35%的SiO₂共同组成，其颗粒尺寸约5～10μm；Al₂O₃粉体的颗粒尺寸约为1～10um。本发明还公开了使用该密封材料来密封中温平板式固体氧化物燃料电池堆的方法。按照本发明，可实现密封颗粒的紧密堆积，减少密封材料的漏气率，增加材料的力学性能，并以便于操作和加工的密封方式来而实现有效的气体密封。

主权项

一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(1)密封材料的流延制备步骤：将Al₂O₃和玻璃粉体一起分散到由鱼油、二甲苯和乙醇组成的混合溶液中球磨24小时，使粉料充分分散为悬浊液，随后依次加入丁苄酯、1,2‑丙二醇、聚乙烯醇缩丁醛树脂和环己酮继续球磨24小时使之形成浆料；使用真空装置除去浆料中的气泡，然后通过流延工艺制备成片状素坯并切割成所需形状以备使用；并且对于Al₂O₃粉体与玻璃粉体两者的混合物而言，是向颗粒尺寸为1μm～10μm的Al₂O₃粉体中添加颗粒尺寸为5μm～10μm的玻璃粉体，并使得该混合物中Al₂O₃粉体所占的质量百分比为60％，玻璃粉体所占的质量百分比为40％；此外，所述玻璃粉体是由质量百分比为20％的BaO、质量百分比为15％的B₂O₃、质量百分比为25％的MgO、质量百分比为10％的ZnO和质量百分比为30％的SiO₂共同组成，并且不含任何的碱金属氧化物；(2)装配步骤：在由固体氧化物燃料电池和连接体交替层叠所组成的固体氧化物燃料电池堆中，将通过上述步骤制备的素坯切片分别铺设到各个固体氧化物燃料电池与相应的连接体之间；(3)施压和升温步骤：在电池堆外部沿着垂直于素坯切片的方向施加不小于80kPa的压力，并将电池堆升温至500℃～800℃的工作温度，其中在升温过程中，其升温速度被设定为5℃/min，由此完成对电池堆的密封过程；以此方式，通过采用上述向Al₂O₃颗粒中添加特定组分玻璃粉体的密封材料，在电池堆的工作温度下，所述玻璃粉体会发生软化并将Al₂O₃粒子链和粒子团粘结在一起形成多孔结构的骨架，而且处于粒子链和粒子团之间的玻璃粉体具备流动性，从而即便当骨架受到外力时，也能通过粒子链和粒子团之间的滑动进行缓解，相应保证骨架完整性并加强其高温力学性能；此外，当电池堆工作时，已经软化的玻璃粉体会渗入Al₂O₃孔隙中，由此在堵塞漏气通道的同时，还会提高与Al₂O₃之间的结合强度，相应增加密封材料的力学性能。