[发明专利]电池堆密封材料、燃料电池堆密封结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池堆密封材料，本发明还涉及该电池堆密封材料在低温固体氧化物燃料电池堆中的应用结构和制作方法。 

平板型的固体氧化物燃料电池堆中，单电池与不锈钢中间连接件、中间连接件与其他组件之间的密封对于防止燃料和氧化气体的泄漏，提高电池开路电压具有重要的意义。高温固体氧化物燃料电池在高温运行过程中，单电池与金属连接件和其他组件之间的密封要求具有相近的热膨胀系数和化学相容性。因此，发明一种性能稳定、热膨胀系数与单电池相近的复合密封方法具有重要的作用。 

现有公开的专利，如CN 1825672A、CN 1649186A、CN 1494176A、CN 1599092A等所描述的密封方法有采用微晶玻璃、玻璃基体和陶瓷纤维组成的混合物等为密封材料。然而，现有的密封材料技术在固体氧化物燃料电池热循环过程中，由于热膨胀系数的不同和化学稳定性的不稳定，导致燃料电池运行过程中出现密封材料与密封部件出现间隙、密封材料表面剥落或电池开裂等问题。所以需要进一步改进和设计。 

本申请人采用玻璃陶瓷+热循环+固体氧化物燃料电池(Ceramic glass+Thermal cycling+Solid oxide fuel cell)作为关键词检索了美国的《金属文摘》(Metals Abstracts)、美国的《工程文摘索引》(EI)、我国的《中国期刊网》和《维普中文期刊数据库》等科技文献索引，均没有查到完全相关文献。申请人还检索了美国专利文摘和欧洲专利文摘(EP&PCT)与《中国专利信息网》也没有发现同类专利。 

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种针对中、低温固体氧化物燃料电池单电池与不锈钢连接件、不锈钢连接件与其他组件之间电池堆密封材料。 

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种固体氧化物燃料电池堆密封结构。 

本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种固体氧化物燃料电池堆密封结构的制作方法。 

本发明解决上述首要技术问题所采用的技术方案为：一种电池堆密封材料，采用玻璃陶瓷非晶材料，该玻璃陶瓷非晶材料包括有如下重量份数配比的组分 

Al₂O₃ 10～17； 

SiO₂  35～55； 

CaO   28～38。 

作为改进，所述的玻璃陶瓷非晶材料包括微量元素为Zn或F。 

最佳配比为： 

Al₂O₃ 14； 

SiO₂  47.9； 

CaO   34.8； 

其他不可避免的微量元素3.3。 

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种固体氧化物燃料电池堆密封结构，包括单电池和分别设于单电池两侧的中间连接件，其特征在于前述单电池两侧与中间连接件之间均设有密封复合组件，该密封复合组件由不锈钢间隔板及粘贴于不锈钢间隔板两侧的玻璃陶瓷非晶材料组成。 

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种燃料电池堆密封结构的制作方法，包括 

a、采用激光切割机分别将玻璃陶瓷非晶材料，单电池，不锈钢中间连接件和间隔板切割成为电池堆元部件； 

b、将玻璃陶瓷非晶材料固定于不锈钢间隔板两侧形成密封复合组件； 

c、再将密封复合组件粘贴于单电池和中间连接件上； 

d、在上、下盖板预压之后置于加热炉中进行升温，然后升温过程中进行压力调节，温度升到840～860℃后保温即可密封，优选850℃，密封层厚度小于1mm。 

作为改进，步骤b中玻璃陶瓷非晶材料固定于不锈钢间隔板两侧具体条件如下：置于加热炉中，在4～6kg的压力下按照4～6℃/min(优选5℃/min)的程序升温到840～850℃(优选850℃)后保温1.5～2.5小时(优选2小时)，并进行2～4次热循环。步骤d所述的升温过程中进行压力调节具体为：在4～6kg的压力下按照4～6℃/min(优选5℃/min)的程序升温到840～860℃(优选850℃)后保温1.5～2.5小时(优选2小时)，并进行2～4次热循环(优选3次)。