[发明专利]一种平板式固体氧化物燃料电池及其密封方法

说明书

本发明属于固体氧化物燃料电池领域，更具体地，公开了一种平板式固体氧化物燃料电池及其密封方法。所述方法包括：对SUS430金属连接体表面进行氧化处理，得到生长于该金属连接体表面的氧化层；依次将单电池、CaO‑B₂O₃‑Al₂O₃‑SiO₂体系玻璃和经氧化处理后的金属连接体作为重复单元堆叠构成固体氧化物燃料电池电堆；施加压力并升温，完成界面密封。在金属连接体表面生成的氧化层可有效保护金属连接体，避免基体继续被氧化，从而使合金具有优异的高温抗氧化能力。同时可以保证电堆在热循环过程中能够具备稳定的界面连接，以及承受瞬态外力和残余应力作用的能力。由此解决金属连接体和密封材料界面结合强度低，气密性差，以及金属连接体的高温异常氧化等的技术问题。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池领域，更具体地，涉及一种平板式固体氧化物燃料电池及其密封方法。

背景技术

从国内外发展趋势来看，解决能源危机已经成为重要议题。目前广泛使用的化石能源属于不可再生能源，而人类日益增长的物质需求导致能源的大量消耗，造成传统能源的日渐匮乏。同时化石能源燃烧会造成严重的环境污染，因此，迫切需要寻求先进、可靠、高效和清洁的能源。基于对可再生能源的长期研究，人们将燃料电池视为解决能源危机的重要方法之一。

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)属于清洁能源，可将燃料(天然气、碳氢化合物、煤及石油等)中的化学能直接转化为电能，具有广泛的应用前景。平板式固体氧化物燃料电池具备高效、清洁、功率密度高、燃料来源广、制备成本低廉等优势，是目前公认解决能源问题的有效发电装置。

平板式固体氧化物燃料电池是由模块化的重复单元(单电池/密封材料/金属连接体)叠加在一起构成，密封材料和金属连接体之间的配合在整个装配过程中起着重要作用。在目前研究中，常用的微晶玻璃直接和铁素体不锈钢形成界面密封。在SOFC工作环境下，二者在短期密封时效内，界面处就形成了铬酸盐，导致微观结构的退化和电堆短路，造成了界面密封的失效。常规采用的密封材料为玻璃类，属于热力学亚稳态，在长期高温作用下玻璃会发生析晶现象，使得玻璃软化温度和热膨胀系数等参数发生变化，进而在密封材料内部形成孔隙，成为气体泄露通道。在SOFC高温运行过程中，密封材料的孔隙可能会渗入水蒸气，使得其电阻绝缘性能明显下降，致使电堆发生短路失效。金属连接体也会受到暴露环境的影响，形成氧化铁等不可控的氧化物，导致不锈钢的腐蚀破坏，金属连接体一般由铁素体不锈钢制成，经常会伴随着一定程度的铬蒸汽挥发，导致单电池的阴极铬毒化，持续增长的氧化铬也会使金属连接体的电阻增加，造成更多的欧姆损失。在SOFC实际工作状态，密封材料和金属连接体的界面状态同时受制于温度、应力和气流等多个物理场的耦合作用，因此，对玻璃密封材料和金属连接体界面的高温结构稳定性与界面化学相容性提出了严苛的要求。

金属连接体和密封材料作为电堆的重要组成部分，界面密封需要满足气密性、机械性能和稳定性等要求，而现有的密封方法均不能满足其需求。因此，急需寻找一种密封材料和金属连接体之间良好配合的界面密封方法，以保证电堆在热循环过程中能够具备稳定的界面连接，以及承受瞬态外力和残余应力作用的能力。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种平板式固体氧化物燃料电池及其密封方法，其目的在于在金属连接体外表面进行氧化处理形成具有预设粗糙度的氧化层，由此解决金属连接体和玻璃密封材料界面结合强度低，以及金属连接体的高温异常氧化等的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种平板式固体氧化物燃料电池的密封方法。所述方法包括：对SUS430金属连接体表面进行氧化处理，得到生长于该金属连接体表面的氧化层；依次将单电池、CaO-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂体系玻璃和经氧化处理后的金属连接体作为重复单元堆叠构成固体氧化物燃料电池电堆；施加压力并升温，完成界面密封。