[发明专利]用于固体氧化物燃料电池封接的复合钎料及其钎焊工艺

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种燃料电池技术领域的方法，具体是一种实现固体氧化物燃料电池可靠密封的复合钎料及其钎焊工艺。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变成电能的全固态发电器件，它不需经过从燃料化学能→热能→机械能→电能的转变过程，具有许多优点，其中突出的优点在于燃料的广泛适用性，即氢气、一氧化碳和碳氢化合物都可作为燃料，因此可广泛地采用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气、生物质气、甲醇和乙醇等多种碳氢燃料。SOFC具有广泛的应用领域，其主要应用包括分布式电站、家庭电站、车辆辅助电源、不间断电源和军用电源等。SOFC的开发研究以及商业化，受到了世界上许多国家的普遍重视，国际上普遍看好SOFC的应用前景。目前，SOFC进入商业化发展的主要障碍是电池系统寿命和价格。平板式SOFC，尤其是中低温SOFC(500～800℃)，是目前国际上SOFC研究的前沿和热点，其最突出的优点是在保证高功率密度的同时，可使用廉价的不锈钢等合金作为连接体材料，可采用低成本的陶瓷制备工艺，可望大幅度降低SOFC的材料和制造成本，但是电池的封接问题仍然面临着巨大的挑战。中低温平板式SOFC工作对密封材料的要求包括：能润湿单电池和连接体材料表面，良好的粘附能力；经历热循环后仍保持足够的机械强度、良好的气密性和化学稳定性；匹配的热膨胀系数和化学相容性。

目前主要密封技术有3种：压力密封，玻璃封接和钎焊。采用压力密封时必须持续地应用压力，这对连接体形状和单电池的强度要求较高。传统的玻璃密封材料在工作温度下组分容易挥发，影响电池性能，且在工作条件下玻璃结晶将导致膨胀系数变化，从而引起电池堆产生裂缝。金属钎焊是近年来发展起来的新型密封技术，与传统玻璃材料相比，具有多种优点，其中包括有塑性形变的能力，可以降低热应力并提高机械强度；组分不会挥发，热稳定性较好；不会发生析晶现象，抗热循环能力较强。但是，目前所采用的钎料普遍存在着热膨胀系数较大的问题，难以与其他电池部件相兼容。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种形成简单、低成本和可规模化的用于固体氧化物燃料电池封接的复合钎料及其钎焊工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于固体氧化物燃料电池封接的复合钎料，其特征在于，该复合钎料包括Ag-Cu钎料基体，以及Ag-Cu钎料基体中添加的第三种具有低膨胀系数或负膨胀系数的辅料，该辅料的添加量为Ag-Cu钎料基体的1～40wt％。

所述的Ag-Cu钎料基体中Cu的含量为1～20mol％。

所述的辅料为Al₂TiO₅、AM₂O₇系列、AM₂O₈系列和A₂M₃O₁₂系列材料中的一种或几种；

所述的AM₂O₇系列材料中A为Zr，Hf，Th，U，Sn或Ti，M由V，P或V_1-xP_x的组合构成，x＝0～1；

所述的AM₂O₈系列材料包括ZrW₂O₈，HfW₂O₈或ZrW_2-xMo_xO₈，x＝0～2；

所述的A₂M₃O₁₂系列材料中A为Al、Sc、Lu或Y，M为W或Mo。

所述的辅料的形状为颗粒或纤维。

一种用于固体氧化物燃料电池封接的复合钎料的钎焊工艺，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)称取Ag钎料基体和Cu钎料基体，加入无水乙醇球磨2h，在80～100℃烘干，过200～400目筛后待用；

(2)称取辅料加入无水乙醇中球磨2h，在80～100℃烘干；

(3)将乙基纤维素溶解于松油醇中制成乙基纤维素松油醇溶液，作为复合钎料的粘结剂；

(4)将步骤(1)和步骤(2)所得产物混合得到的复合钎料加入步骤(3)所得乙基纤维素松油醇溶液中，经研磨后得到均匀的钎料；