專利名稱：一種用于固體氧化物燃料電池的高溫封接材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種固體氧化物燃料電池的封接材料及制備方法，該封接材料屬于無機(jī)非金屬材料。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(簡(jiǎn)稱SOFC)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，通過燃料氣(如H2、CO等)和氧化劑(如O2)的電化學(xué)反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，SOFC的工作溫度一般在800-1000℃，并且有強(qiáng)氧化性和還原性氣體存在，如果電池元件或元件間的連接處有泄漏，會(huì)導(dǎo)致電池堆結(jié)構(gòu)和功能上的失敗，甚至發(fā)生爆炸。因此，密封材料的熱膨脹性能要與其他元件相配合，并且具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。
與本發(fā)明相近的現(xiàn)有技術(shù)有BaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)封接材料和CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)封接材料，其中BaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)封接材料的主要成分包括BaO、Al2O3、SiO2，該封接材料熱性能匹配好，抗氧化還原性好，易于與陶瓷材料元件結(jié)合，但這種封接材料穩(wěn)定性較差，在封接溫度稍高時(shí)，封接材料就呈現(xiàn)疏松狀，有嚴(yán)重的漏氣現(xiàn)象。CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)封接材料的主要成分包括CaO、Al2O3、SiO2，該封接材料具有氣密性好，抗氧化還原性高，易與陶瓷材料元件結(jié)合的特點(diǎn)，但該材料與其它電池元件的熱性能匹配較差，在升溫和降溫過程中會(huì)造成電池元件的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的封接材料屬于BaO-CaO-Al2O3-SiO2系列，該材料由BaO、CaO、Al2O3、SiO2、La2O3、B2O3組成，其中各組分的質(zhì)量百分比分別為BaO43-48％；CaO2.1-2.8％；Al2O38-14％；SiO215-20％；La2O311-13.5％；B2O312.0-12.8％。
本發(fā)明中的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)1.混料按組分和比例將原料均勻混合；2.高溫熔融將混合均勻的原料在1300-1600℃溫度下熔融2-6小時(shí)；3.粉碎將熔融的玻璃態(tài)物質(zhì)在冰水中淬火取出，在40-60℃溫度下烘干，經(jīng)球磨形成粉末；4.分級(jí)將制好的粉末用200目篩子過篩，得到玻璃粉備用；5.復(fù)配將玻璃粉和有機(jī)粘結(jié)劑按5∶1的質(zhì)量比混合研磨形成糊狀，得到封接材料。
上述步驟5中的有機(jī)粘結(jié)劑為松油醇和乙基纖維素按19∶1配制。
本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)不足，設(shè)計(jì)出不同原料組成的封接材料，該封接材料具有氣密性好，熱性能匹配好，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，從而達(dá)到提高電池的性能，延長(zhǎng)電池壽命的目的。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1取BaCO349.8g，CaO2.52g，Al2O39.0g，SiO216.13g，La2O312.15g，B2O311.5g，混合均勻后，放入50ml瑪瑙球磨罐中，用行星式球磨機(jī)混研4小時(shí)，取出后放入石墨坩堝中在高溫程序爐中于1500℃條件下熔融5小時(shí)，于冰水中淬火取出，在40-60℃溫度下烘干后用球磨機(jī)研磨成粉，用200目篩子過篩，取得待用的玻璃粉，按質(zhì)量比10∶1稱取玻璃粉和乙基纖維素，在瑪瑙研缽中研磨10分鐘，使其混合均勻，再以19倍乙基纖維素的質(zhì)量稱取松油醇，將三種物質(zhì)混合均勻呈粘稠的糊狀，得到封接材料。該材料應(yīng)用時(shí)的線性熱膨脹系數(shù)為12.13×10-6/K。
實(shí)施例2取BaCO350.99g，CaO2.37g，Al2O38.3g，SiO218g，La2O310.6g，B2O311.3g，混合均勻后，放入50ml瑪瑙球磨罐中，用行星式球磨機(jī)混研4小時(shí)，取出后放入石墨坩堝中在高溫程序爐中于1500℃條件下熔融5小時(shí)，于冰水中淬火取出，在40-60℃溫度下烘干后用球磨機(jī)研磨成粉，用200目篩子過篩，取得待用的玻璃粉，按質(zhì)量比10∶1稱取玻璃粉和乙基纖維素，在瑪瑙研缽中研磨10分鐘，使其混合均勻，再以19倍乙基纖維素的質(zhì)量稱取松油醇，將三種物質(zhì)混合均勻呈粘稠的糊狀，得到封接材料。該材料應(yīng)用時(shí)的線性熱膨脹系數(shù)為11.35×10-6/K。
實(shí)施例3取BaCO351.5g，CaO2.0g，Al2O310.4g，SiO215.17g，La2O311.07g，B2O311.36g，混合均勻后，放入50ml瑪瑙球磨罐中，用行星式球磨機(jī)混研4小時(shí)，取出后放入石墨坩堝中在高溫程序爐中于1500℃條件下熔融5小時(shí)，于冰水中淬火取出，在40-60℃溫度下烘干后用球磨機(jī)研磨成粉，用200目篩子過篩，取得待用的玻璃粉，按質(zhì)量比10∶1稱取玻璃粉和乙基纖維素，在瑪瑙研缽中研磨10分鐘，使其混合均勻，再以19倍乙基纖維素的質(zhì)量稱取松油醇，將三種物質(zhì)混合均勻呈粘稠的糊狀，得到封接材料。該材料應(yīng)用時(shí)的線性熱膨脹系數(shù)為10.34×10-6/K。
實(shí)施例4取BaCO352.66g，CaO2.2g，Al2O312.6g，SiO213.5g，La2O310.0g，B2O310.8g，混合均勻后，放入50ml瑪瑙球磨罐中，用行星式球磨機(jī)混研4小時(shí)，取出后放入石墨坩堝中在高溫程序爐中于1500℃條件下熔融5小時(shí)，于冰水中淬火取出，在40-60℃溫度下烘干后用球磨機(jī)研磨成粉，用200目篩子過篩，取得待用的玻璃粉，按質(zhì)量比10∶1稱取玻璃粉和乙基纖維素，在瑪瑙研缽中研磨10分鐘，使其混合均勻，再以19倍乙基纖維素的質(zhì)量稱取松油醇，將三種物質(zhì)混合均勻呈粘稠的糊狀，得到封接材料。該材料應(yīng)用時(shí)的線性熱膨脹系數(shù)為11.07×10-6/K。
實(shí)施例5取BaCO355.6g，CaO1.9g，Al2O37.2g，SiO215.2g，La2O311.5g，B2O311.0g，混合均勻后，放入50ml瑪瑙球磨罐中，用行星式球磨機(jī)混研4小時(shí)，取出后放入石墨坩堝中在高溫程序爐中于1500℃條件下熔融5小時(shí)，于冰水中淬火取出，在40-60℃溫度下烘干后用球磨機(jī)研磨成粉，用200目篩子過篩，取得待用的玻璃粉，按質(zhì)量比10∶1稱取玻璃粉和乙基纖維素，在瑪瑙研缽中研磨10分鐘，使其混合均勻，再以19倍乙基纖維素的質(zhì)量稱取松油醇，將三種物質(zhì)混合均勻呈粘稠的糊狀，得到封接材料。該材料應(yīng)用時(shí)的線性熱膨脹系數(shù)為10.09×10-6/K。
權(quán)利要求
1.一種用于固體氧化物燃料電池的高溫封接材料，其特征在于由BaO、CaO、Al2O3、SiO2、La2O3、B2O3組成，其中各組分的質(zhì)量百分比分別為BaO43-48％；CaO2.1-2.8％；Al2O38-14％；SiO215-20％；La2O311-13.5％；B2O312.0-12.8％。
2.一種用于固體氧化物燃料電池的高溫封接材料的制備方法，其特征在于按以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)混料按組分和比例將原料均勻混合；(2)高溫熔融將混合均勻的原料在1300-1600℃溫度下熔融2-6小時(shí)；(3)粉碎將熔融的玻璃態(tài)物質(zhì)在冰水中淬火取出，在40-60℃溫度下烘干，經(jīng)球磨形成粉末；(4)分級(jí)將制好的粉末用200目篩子過篩，得到玻璃粉備用；(5)復(fù)配將玻璃粉和有機(jī)粘結(jié)劑按5∶1的質(zhì)量比混合研磨形成糊狀，得到封接材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于有機(jī)粘結(jié)劑為松油醇和乙基纖維素按19∶1配制。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于固體氧化物燃料電池的高溫封接材料及制備方法，該封接材料由BaO、CaO、La
文檔編號(hào)H01M8/02GK1660954SQ20041001358
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者孫克寧, 孔江榕, 樸金花, 劉蘭毅, 周德瑞 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)