[发明专利]固体氧化物燃料电池/电解池用通气管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池/电解池用通气管及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为最新一代发电技术，可以高效地将燃料气体和氧化剂气体的化学能直接转化成电能，热电联供时效率可达80％以上，在分布式能源、便携式能源等领域都有很大的应用前景。固体氧化物电解池(SOEC)作为SOFC的逆过程，能够高效地电解水制取氢气，与核能、太阳能、风能等新能源联用时的社会经济效益更大。

SOFC和SOEC在运行过程中都需要向其电极通入反应气体，SOFC和SOEC常用的通气管材料为氧化铝陶瓷或者不锈钢等熔点大于等于800℃的金属材料(金属单质或合金)。

研究发现，氧化物陶瓷管在高温下会由于内部产生的热应力而出现结构缺陷最终导致断裂，而且这种缺陷在气体压强较大时更为严重。

利用不锈钢等延展性很好的金属材料(金属单质或合金)可以解决高温下断裂的问题，不过在SOFC模式下，在高温下通入H₂会导致金属通气管发生氢脆现象，逐渐也会出现延迟断裂、鼓包、渗氢和脆折等问题。一个主要原因是H₂可以与钢材中的碳发生结合，使钢脱碳。H₂还可以与部分金属材料反应生成金属氢化物，导致通气管的机械性能下降。在SOEC模式下，氢电极需要通入高浓度H₂O或CO₂气体，氧电极需要通入O₂或空气等，这种氧化气氛下金属管也会被氧化而降低使用寿命。

因此，开发一种既能在高温下避免热应力断裂，又能在还原性、氧化性气氛中保持结构稳定、成分稳定的通气管就具有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的通气管存在高温断裂、氢脆、不稳定的缺陷，而提供一种结构简单、性能稳定、经济实用的固体氧化物燃料电池/电解池用通气管及其制备方法。

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池/电解池用通气管，该通气管包括一外层管，所述外层管的内壁上贴设有一内层涂层或一薄壁管；所述的外层管的材料为弯折90℃时不断裂、熔点大于等于800℃的金属材料；所述的内层涂层或所述薄壁管的材料为熔点大于等于800℃、不与H₂且不与O₂发生化学反应的化合物材料；所述的外层管的厚度为0.5mm～5mm；所述的内层涂层或所述薄壁管的厚度为1nm～0.5mm。

其中，所述的外层管较佳地为不锈钢管、铜管、镀锌钢管、无缝钢管、铁基合金管、镍基合金管或钴基合金管。所述的外层管可以采用本领域常规方法制备，较佳地为采用热轧、冷轧、挤压、电弧焊、气焊、炉焊和注浆中的一种或多种制备。

其中，所述的化合物材料较佳地为氧化铝、氧化锆、二氧化硅和氮化硅中的一种或多种。

其中，所述的通气管可以按照本领域常规的形状进行设计，较佳地为直圆管、螺旋管或U型管。

本发明还提供了前述通气管的制备方法，为将所述的内层涂层成型于所述的外层管的内壁，或将所述的薄壁管与所述的外层管嵌套封装。

其中，所述的成型为本领域常规操作，较佳地为热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积和电化学沉积中的一种或多种。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的通气管在高温(500～1400℃)下不易发生断裂、漏气等问题，在H₂等气氛下不易发生氢脆现象，在O₂、H₂O或CO₂等气体中稳定性也大大提高；本发明的通气管具有较好的延展性和塑性可制成灵活的形状，应用范围广泛；还具有结构和制作工艺简单、成本低廉、性能稳定等优点。此外，本发明的通气管有利于固体氧化物电解池和固体氧化物燃料电池技术的发展和产业化应用。

附图说明

图1为本发明实施例1的通气管的横截面示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中：