[发明专利]一种含BaO的固体氧化物燃料电池微晶封接玻璃及其制备和使用方法

说明书

本发明公开了一种含BaO的固体氧化物燃料电池微晶封接玻璃及其制备和使用方法，所制备的微晶玻璃成分是BaO、MgO、Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、Bsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和SiOsubgt;2/subgt;。通过熔融淬火的方法成功制备了具有与SOFC组件互相匹配的含BaO微晶封接玻璃粉体，并通过配制玻璃密封胶后塑型及热处理的方式，使NiO‑YSZ阳极支撑型SOFC与不锈钢连接体间达成密封。该微晶玻璃密封件在中温SOFC工作条件下具有良好的长时间物理化学稳定性。本发明保证了中温SOFC在工作条件下的运行稳定性，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种含BaO的固体氧化物燃料电池微晶封接玻璃及其制备和使用方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种以氧离子或质子传导，将燃料和氧化剂气体中的化学能直接转化为电能的发电装置。SOFC单体电池所能产生的电压与功率有限，须以串、并或混联成电池堆来提升发电效率。平板式SOFC电池具有厚度薄、能量密度高的特点，而其主要缺点是密封面积大，封接困难。硅酸盐基微晶玻璃作为高温SOFC封接材料较为合适。然而，随着工作温度的降低，硅酸盐微晶玻璃的密封性能变差，在硅酸盐基玻璃中添加碱土金属氧化物改性剂可显著改善中低温区的密封性能。例如，添加BaO可以调控微晶封接玻璃的热性能。随着 BaO 的加入，微晶玻璃的热膨胀系数（CTE）明显增加。BaO含量的增加会提高玻璃基体中非桥接氧的数量，降低玻璃化转变温度（T_g）和玻璃软化温度（T_s），改善玻璃与SOFC组件的润湿性。以BaO为改性剂的硅酸盐玻璃可以降低玻璃结晶温度（T_c）增加在运行温度下的结晶，结晶相CTE与玻璃基体相近，这些晶体相的存在提高了高温密封的连接强度，同时残余玻璃相轻微软化的自愈特性避免热循环过程中热应力对结构的破坏（International Journal of Energy Research, 2021, 91 (8): P20559-20582）。

综上，本发明制备和使用BaO-MgO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂微晶封接玻璃粉体，并通过配制成玻璃密封胶后塑型并热处理的方式，旨在保证SOFC长时间运行稳定性。本发明相比现有技术具有显著的进步和较好的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种含BaO的SOFC微晶封接玻璃及其制备和使用方法，通过添加适当含量的BaO，有效调控微晶封接玻璃的热性能，从而提高微晶封接玻璃与SOFC组件的匹配性，避免封接玻璃在长期工作和热循环后的密封失效。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实施的：

一种含BaO的SOFC微晶封接玻璃，是由原料BaO、MgO、Al₂O₃、B₂O₃和SiO₂按摩尔比(30~40):(10~20):(1~5):(8~12):(35~55)制备而成。

制备和使用如上所述的含BaO的SOFC微晶封接玻璃的方法具体包括以下步骤：

（1）将一定量的原料混合均匀后熔制；对熔制好的玻璃液急冷，获得玻璃熔块；将玻璃熔块粉碎，研磨或者球磨，过筛后获得玻璃粉末；

（2）将玻璃粉末与有机粘结剂混合成浆料，球磨或研磨至均匀分散，得到玻璃密封件生料；

（3）将玻璃密封件生料置于平板式SOFC和不锈钢连接体材料之间，缓慢升温干燥后，再经热处理后达成密封。

步骤（1）的熔制工艺为1300~1400 ℃保温1~2小时。

步骤（1）选用的标准检验筛为325目，过筛后玻璃粉体粒径≤45 μm。