[发明专利]中低温固体氧化物燃料电池用玻璃-陶瓷密封材料及制备方法

权利要求书

1.一种中低温固体氧化物燃料电池用的玻璃-陶瓷密封材料，其特征在于：由60~100wt.%玻璃粉体和0~40wt.%陶瓷粉体组成。

2.如权利要求1所述的密封材料，其特征在于，玻璃粉体由玻璃制成，该玻璃包含30~65mol%形成体、25~55mol%改性剂、5~10mol%中间氧化物和2~10mol%添加剂；

陶瓷粉体选用膨胀系数介于9~16×10^-6K^-1之间的金属氧化物、金属复合氧化物、硅酸盐、硅铝酸盐中的一种或多种。

3.如权利要求1或2所述的密封材料，其特征在于，陶瓷粉体选用NiO、Y₂O₃、ZrO₂、YSZ、Ca₂SiO₄中的一种或多种。

4.如权利要求2所述的密封材料，其特征在于，玻璃形成体为SiO₂和低于10mol%的B₂O₃，改性剂为MgO、CaO、SrO中的任意一种或两种，中间氧化物为Al₂O₃或Ga₂O₃，添加剂为过渡金属氧化物和稀土金属氧化物中的一种或多种。

5.如权利要求2或4所述的密封材料，其特征在于，添加剂为TiO₂、NiO、ZnO、Y₂O₃、ZrO₂、La₂O₃中的一种或多种；

玻璃组分中不含BaO，且B₂O₃含量低于10mol%，可有效的减少界面反应和密封材料的失重。

6.如权利要求2所述的密封材料，其特征在于，玻璃的晶化温度高于固体氧化物燃料电池的运行温度（600~800℃），在电池运行温度下热处理1000h，析出晶相的体积分数小于10%。

7.如权利要求3所述的密封材料，其特征在于，陶瓷化学性质稳定，膨胀系数介于9~16×10^-6K^-1之间，在电池运行温度下不与玻璃和其他电池元件发生化学反应，与电池陶瓷元件的化学相容性好。

8.一种权利要求1所述的中低温固体氧化物燃料电池用玻璃-陶瓷密封材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤实现：

(1)玻璃粉体的制备：玻璃原料按形成体：改性剂：中间氧化物：添加剂摩尔比为（30~65）：（25~55）：（5~10）：（2~10）的比例量取并混合，在1300~1600℃下熔制2~5h后置于25℃的去离子水中淬火得到玻璃熔块，玻璃熔块烘干后破碎，过200目筛得到玻璃粉体；

(2)密封浆料的制备与涂覆：玻璃粉体与陶瓷粉体按重量比为（60~100）：（0~40）的比例混合均匀后，加入粘结剂调制成浆料，涂覆在NiO、YSZ、或SUS430不锈钢薄片之间，形成NiO/密封材料/NiO、YSZ/密封材料/YSZ、或SUS430/密封材料/SUS430试样，在室温下干燥24h；

(3)试样的封接：NiO/密封材料/NiO、YSZ/密封材料/YSZ、或SUS430/密封材料/SUS430试样置于高温炉中，以2~5℃的速率升温至玻璃的软化温度以上50~100℃，在此温度下保持0.5~2h以保证玻璃发生软化并实现试样的封接。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所用粘结剂为PVB的乙醇溶液，其质量分数为5~20%，粘结剂的用量占密封浆料的10~50wt.%。

10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，密封材料的膨胀系数介于9~13×10^-6K^-1之间，可通过调节陶瓷相的种类和含量调节材料的膨胀系数，与电池元件的化学相容性好，适合中低温固体氧化物燃料电池的密封。