[发明专利]一种固体燃料电池用铋酸盐无铅封接玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属封接玻璃及其制备方法领域，涉及一种固体燃料电池用铋酸盐无铅封接玻璃及其制备方法。

背景技术

固体燃料电池（SOFC）是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂气体时，它可以持续发电。由于没有燃烧和机械等过程，不受卡诺循环限制，燃料电池能量转换效率高，清洁，无噪音污染，而且可设计成模块结构，比功率高，被称之为是继水力、火力、核能之后的第四代发电技术和替代内燃机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是21世纪最有吸引力的发电技术之一。

对于SOFC来说，稳定的封接非常重要，因为封接层长期处于600～900℃的工作环境下，要经受湿润、氧化和还原气氛的考验，因此，用作SOFC的封接玻璃必须具有良好的热稳定性和化学稳定性，此外，高的机械强度，合适的使用温度和相匹配的热膨胀系数也是非常重要的。在SOFC系统中，氧化钇稳定氧化锆（简称YSZ）通常用作电解质，铁素体合金钢（例如SUS430）通常用作连接体，它们的热膨胀系数分别为(10～11)×10^-6/℃^-1和(11～13)×10^-6/℃^-1，为了避免在封接过程中产生热压力，封接玻璃的膨胀系数应介于两者之间。

传统的封接玻璃一般都含有Pb，而Pb对环境的污染非常大，WEEE和ROHS等相关法规都明文禁止在电子电气产品中使用铅、镉、汞、铊、六价铬及其化合物。目前在SOFC中被广泛使用的无铅封接玻璃主要有磷酸盐、硼酸盐和硅酸盐体系。

P.H.Larsen等人研究了不同含量SiO₂对2MgO-Al₂O₃-3.3P₂O₅体系玻璃结构与性能的影响，结果表明：从室温到500℃，随着SiO₂含量从0增加到30%（mol），玻璃的化学稳定性得到了提高；当SiO₂含量大于30%时，性能提高的更为明显，但此时材料的热膨胀系数却从5.6x10^-6/℃^-1降低到4.5x10^-6/℃^-1，而且SiO₂的添加并没有引起玻璃结构实质性的变化。此外，这个体系的磷酸盐玻璃封接温度较低，只能用作中低温SOFC的封接材料。苏州恒仓红外光学材料研发中心有限公司的专利文献CN101597136A公开了一种P₂O₅-B₂O₃-ZnO-TeO₂系封接玻璃，其软化温度为420~470℃，热膨胀系数为(65~130)×10^-7/℃，可见，这个体系的磷酸盐玻璃也只能用作中低温SOFC的封接材料。此外，磷酸盐玻璃的耐酸性、耐碱性和耐水性普遍较差，极大的限制了其在SOFC中的应用。