[发明专利]锰钴尖晶石涂层的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种锰钴尖晶石涂层的制备方法及其应用，涉及涂层材料技术领域。所述锰钴尖晶石涂层的制备方法首先将锰钴混粉与溶液混合，得到混合浆料；随后将混合浆料涂敷于铁素体不锈钢连接体表面，干燥，得到中间体涂层A；然后将表面具有中间体涂层A的铁素体不锈钢连接体在还原气氛下烧结后通入空气在高温下氧化，得到锰钴尖晶石涂层。上述制备方法具有制备工艺简单，易于操作，经济性强的优势，可以生成质地均匀致密的尖晶石涂层。经实验验证，上述制备方法制得的锰钴尖晶石涂层在高温下导电性良好，其面比电阻可以达到10mΩ·cm²以下，同时该涂层具备良好的稳定性，在500小时的范围内无明显电阻上升。

技术领域

本发明涉及涂层材料技术领域，尤其是涉及一种锰钴尖晶石涂层的制备方法及其应用。

背景技术

化石能源在我国能源结构和能源消费中占主导地位，成为影响我国能源安全和生态环境的关键问题，因此，寻求和发展高效清洁的新能源，对于改善能源结构，促进绿色低碳发展，加快环境治理，推动能源向多元化发展，具有非常重要的意义。

燃料电池是一种通过电极反应直接将燃料的化学能转化为电能的电化学装置，是继水利、火力和核能之后的新一代发电技术。其能量转化效率高、环境污染小、噪音低、可靠性高并易于建设，受到了广泛的关注。燃料电池按所用电解质的不同，可分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池等。其中固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)使用的电解质为固态非多孔金属氧化物，通常为三氧化二钇稳定的二氧化锆(Y₂O₃-Stabilized-ZrO₂，简称YSZ)，在650-1000℃的温度下进行工作。SOFC主要由固体氧化物电解质、面向燃料气的阳极和面向空气的阴极组成。在SOFC的工作过程中，氧分子在阴极上被还原成为氧离子。氧离子在电位差和氧浓度驱动力的作用下，通过电解质中的氧空位向阳极迁移，并与燃料气(如H₂，CO)在阳极表面发生氧化反应，生成H₂O和CO₂，同时释放电能。

固体氧化物燃料电池(SOFC)与其他几种燃料电池相比，具有许多显著优点：1)由于电池为全固体结构，避免了液态电解质腐蚀和泄露问题；2)由于不使用贵金属，生产成本大大降低；3)其余热可用于热电联供，总能量转化效率可达80％以上；4)燃料适用范围广，几乎可适用于所有可燃烧的燃料，包括H₂、CO、CH₄和其他碳氢气态化合物。固体氧化物燃料电池(SOFC)单体电池正常工作时可产生0.8V左右的电压。为了增加电压和输出功率，在实际应用中，SOFC的单体电池需要以串联形式做成电池堆。经过长期研究和优化，目前采用的SOFC电池堆结构类型主要有管式、套管式、瓦楞式和平板式等，其中平板式电池堆因制作成本低、工艺简单、能量密度高，成为商业化的首选方案。

在平板式电池堆中，为了将相邻两块单电池之间的燃料气和空气隔开，需要在两块电池之间置一块隔板，同时连接一个电池的阴极和另一个电池的阳极，此隔板被称为连接体。连接体作为SOFC电池中的关键组件之一，其作用是在相邻的单电池之间传输电子和分割燃料气与空气。它能分配气流，提供气体在两侧流通时的通道，将燃料气和氧化气输送到电极，参与电化学反应，还能移走电化学反应的产物，保证电化学反应持续进行。在大部分平板式电池堆的设计中，连接体也用作电池堆的支撑体，以保证电池堆的机械性能稳定。

随着SOFC的技术进步，SOFC工作温度已经降到了800℃以下，因此，允许选择一些低成本、易加工的耐高温合金取代传统的陶瓷连接体。与陶瓷材料相比，金属材料通过外层电子迁移导电，其导电能力优良，作为连接体时其欧姆损失可以忽略。此外，金属连接体的导电能力不受氧分压的影响，扩大了SOFC的应用范围。