[发明专利]固体氧化物燃料电池复合连接器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池领域，更具体地说，是涉及一种固体氧化物燃料电池复合连接器的制备方法。

背景技术

传统能源利用方式受卡诺循环的限制，利用率只有30％-40％，环境污染比较严重，人们一直在寻找利用率高而且污染小的能源利用方式。固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell)是一种通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的全固态能量转换装置。

SOFC除了具有燃料电池的高能量转换率、低污染等特点之外，还有燃料多样化、电解质容易管理和能够制成复杂的几何结构等特点。单个SOFC主要是由阳极、电解质、阴极和连接板组成。目前固体氧化物燃料电池的工作温度一般在800℃～1000℃，高的工作温度对材料的选择产生了很大的限制。作为SOFC重要部件之一的连接器主要起着在相邻的电池之间传输电子和分隔燃料与相邻电池氧化剂的作用。因此，连接板必须满足以下要求：在还原和氧化气氛下保持化学、相和尺寸稳定、致密；在SOFC的工作条件下需具有足够高的电子导电率与可以忽略不计的离子导电率，以降低电池内阻；与SOFC其它部件热膨胀系数兼容以降低工作时的热应力；材料便宜，容易成形。目前，广泛应用于连接板的材料为LaCrO₃陶瓷材料和金属材料。

LaCrO₃属于ABO₃钙钛矿型复合氧化物，熔点为2490℃，室温下为正交结构(Phnn空间群)，在240～280℃时由正交向菱形转变，菱型结构在1000℃以下是一种稳定的结构，在1650℃时菱型结构将转变成立方结构。在ABO₃型结构中，A为半径较大的正离子，B为半径较小的正离子。其中的A位元素容易被二价碱土金属等取代，导致晶体中形成氧空位或使B原子发生变价，从而使材料具有许多特殊的性能，如半导性、超导性和巨磁阻性等。

为了增强LaCrO₃的导电性，常在LaCrO₃中掺杂Ca、Sr、Mg等二价碱土金属。当晶体中La的被掺杂金属取代时，为保持晶体的电中性，Cr原子由三价变为四价并形成电子空位，使材料成为一种P型半导体，从而使材料导电性增强。在高温下LaCrO₃的热膨胀系数低于固体电解质材料，为了达到与其相匹配的热膨胀系数，一般要对其进行掺杂改性。Al、Ni、Co和Mn离子取代部分Cr可提高其热膨胀系数，而Co掺杂是提高其平均线性热膨胀系数最有效的途径。另外LaCrO₃还要有一个缺点就是很难烧结成型，纯的LaCrO₃在超过1700℃，且是还原气氛下时才能烧结。采用热压、高活性的超细粉、在低氧压下煅烧或者Cr位掺杂(如加入Mn、Ni、Co、Al、Fe、Mg)的方式是可以降低LaCrO₃的烧结温度的。金属连接器比起陶瓷连接器材料在加工性、生产成本、电导性和导热性方面具有明显的优势，但是在SOFC氧化氛围中，在其表面生成氧化物，导致接触电阻随着时间延长急剧增大。

发明内容

为了克服现有技术存在的LaCrO₃很难烧结成型，导电性能差的缺点，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池复合连接器及其制备方法，制备的连接器具有好的烧结性能、导电性能，提高与其它部件热兼容性。

本发明的技术方案为：一种固体氧化物燃料电池复合连接器，为在网状的金属基上设有La_(1-x)Sr_xCr_(1-y)Co_yO₃超细粉覆盖层，其中x＝0～0.5，y＝0～0.6，所述的超细粉覆盖层的厚度为0.1-1.5mm，所述的超细粉的粒度为10～1000nm，所述的网状金属基的网孔尺寸为0.01～3mm。所述的金属基为Ni基合金或不锈钢材料如316、304、310等，从成本角度考虑优先选材料为不锈钢材料。

所述的固体氧化物燃料电池复合连接器的制备方法，步骤为：