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SOFC密封材料热循环性能研究

作 者: 戴洲
导 师: 李箭
学 校: 华中科技大学
专 业: 材料学
关键词: 固体氧化物燃料电池 密封材料 Al2O3 Al 热循环
分类号: TM911.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 46次
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内容摘要


高温密封一直以来都是制约固体氧化物燃料电池(SOFC)商业化的一个关键问题,在气密性以不同材料和方式得到解决以后,SOFC密封材料的研究开始以密封材料的长期稳定性、热循环性能为主要内容。本文在实验室前期成功开发出Al2O3基密封材料的基础上,选择综合性能较好的Al-Al2O3体系对其热循环性能进行研究。流延成型的Al2O3基密封材料在不同载荷和通气压力下都表现出较好的密封效果。随着Al含量的增加,Al2O3基复合密封材料的密封效果得到了明显提高。在热循环条件下,通过漏气率测量来评价Al2O3基密封材料的热循环性能。在0.2MPa的外加载荷和3.5kPa的通气压力下,所有Al2O3基复合密封材料在热循环过程中都保持了一个较低的漏气率,低于0.04 sccm﹒cm-1。在热循环过程中,Al2O3基复合密封材料的漏气率有逐渐增大的趋势,热循环性能随Al含量的增加而提高。Al含量为30%的ACS3样品在经历了92次热循环,漏气率几乎没有明显变化,表现出最好的热循环性能。微观形貌观察发现,Al的氧化和形变可以形成一种有利于密封的球形壳状结构。合理解释了Al的添加对热循环性能的影响。在连接体/密封材料/PEN的三明治结构样品中发现界面上出现了包括微裂纹、脱落、金属连接体腐蚀等不同类型的漏气通道。这些漏气通道的产生是热循环过程中应力作用的结果,反应了漏气率随热循环过程逐渐增大的原因。本文还选择综合性能较好的Al2O3基复合密封材料进行了SOFC单电池和电堆的热循环实验,并对电堆应用过程中发现的Al2O3基复合密封材料增厚问题设计了实验测量,根据Al的氧化带来的体积变化对这一现象进行解释。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 文献综述  8-19
  1.1 引言  8-9
  1.2 SOFC 概述  9-12
  1.3 SOFC 密封材料的研究进展  12-18
  1.4 本课题的研究目的及意义  18-19
2 实验  19-29
  2.1 Al_20_3 基复合密封材料的制备  19-21
  2.2 密封性能测试  21-23
  2.3 热循环性能测试  23-24
  2.4 相容性实验  24-25
  2.5 单电池及电堆热循环实验  25-27
  2.6 增厚实验  27-29
3 结果与讨论  29-49
  3.1 Al_20_3 基复合密封材料的漏气率  29-32
  3.2 Al_20_3 基复合密封材料的热循环性能  32-37
  3.3 密封材料与相邻部件界面泄露  37-40
  3.4 单电池及电堆热循环性能  40-43
  3.5 密封材料增厚  43-49
4 全文总结  49-51
  4.1 全文主要结论  49-50
  4.2 展望  50
  4.3 本文创新之处  50-51
致谢  51-52
参考文献  52-56
附录 研究生阶段发表的论文  56

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
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