[发明专利]耐高温金属连接件、其制备方法及固体氧化物燃料电池堆

说明书

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，尤其涉及一种耐高温金属连接件及固体氧化物燃料电池堆。

背景技术

随着固体氧化物燃料电池(SOFC)的工作温度降低到850℃以下，金属材料成为了固体氧化物燃料电池堆中连接件的首选，尤其是铁素体合金材料，如Fe-16Cr、Fe～22Cr等。但是，Fe-Cr合金连接件在SOFC的工作温度下会发生高温氧化，其表面的Cr元素也容易挥发，从而加速电池堆寿命的衰减。

现有技术一般通过在连接件表面制备一层致密的高温防护涂层，以避免高温氧化和Cr元素的挥发。目前主要有以下三类高温防护涂层：

(1)氮化物涂层

氮化物涂层主要采用真空沉积(PVD)方法制备得到，包括CrN/AlN、Cr-Al-O-N、TiAlN和SmCoN等。氮化物涂层能够获得较低的金属连接件面电阻，有效防止高温氧化和Cr元素挥发，但是，氮化物高温不稳定，而且涂层的制备成本高、沉积率低，限制了其应用。

(2)尖晶石涂层

尖晶石涂层具有更好的高温性能，主要包括含Cr尖晶石和无Cr尖晶石。其中，含Cr尖晶石依然存在Cr元素挥发的问题；无Cr尖晶石，如(Mn，Co)₃O₄等则能够有效防止高温氧化和Cr元素挥发。但是，尖晶石一般采用湿法涂层后高温烧结数百小时的方法形成涂层或者先在连接件上涂层Mn、Co等合金再氧化后得到，制备方法复杂、不利于工业上大范围的推广。

(3)钙钛矿涂层

钙钛矿涂层结构通常为ABO₃型，其中，A为La、Ce、Pr或Nb等，B为Co、Mn、Fe、Cr、Cu或V等，如LaCrO₃、LaMnO₃或La(Co，Fe)O₃等。钙钛矿涂层可采用等离子喷涂、湿法喷涂后烧结或雾化沉积等多种方法制备得到，能够有效防止高温氧化和Cr元素挥发，是目前固体氧化物燃料电池堆金属连接件最常用的涂层。

在金属连接件上制备钙钛矿涂层的方法中，等离子体喷涂法由于具有工艺简单、成本较低的优点而被广泛使用。在采用等离子喷涂法制备钙钛矿的过程中，首先需要对金属连接件进行喷砂等表面处理，由于喷砂过程中需要使用0.5MPa～0.6MPa的高压气体，容易导致金属连接件变形，影响金属连接件的使用。另外，钙钛矿涂层与金属连接件表面的结合力较低，欧姆电阻值较高，且在高温下容易脱落，影响固体氧化物燃料电池堆的输出性能和使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种耐高温金属连接件、其制备方法及固体氧化物燃料电池堆，本发明提供的耐高温金属连接件可在850℃下使用，用于固体氧化物燃料电池堆时欧姆电阻值较低。

本发明提供了一种耐高温金属连接件，包括：

金属连接件基底；

复合在所述金属连接件基底表面的合金粉体涂层；

复合在所述合金粉体涂层表面的钙钛矿涂层。

优选的，所述合金粉体涂层中的合金粉体为Cr基合金粉体。

优选的，所述Cr基合金粉体为Fe-Cr合金粉体或Ni-Cr合金粉体。

优选的，所述合金粉体涂层中的合金粉体的粒度为0.01mm～0.15mm。

优选的，所述合金粉体涂层的厚度为0.02mm～0.2mm。

优选的，所述钙钛矿涂层中的钙钛矿为锶掺杂的锰酸镧、锶掺杂的钴酸镧或锶和铁掺杂的钴酸镧。

优选的，所述钙钛矿涂层中钙钛矿的粒度为0.01mm～0.15mm。

优选的，所述钙钛矿涂层的厚度为0.02mm～0.15mm。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的耐高温金属连接件的制备方法，包括以下步骤：

采用等离子喷涂的方法向金属连接件基底表面喷涂合金粉体，在所述金属连接件基底上形成合金粉体层；

采用等离子喷涂的方法向所述合金粉体层表面喷涂钙钛矿粉体，在所述合金粉体层上形成钙钛矿涂层。

本发明还提供了一种固体氧化物燃料电池堆，包括：堆叠结构和容纳所述堆叠结构的壳体，其中，所述堆叠结构包括：

两个以上固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池包括依次堆叠的集流层、阴极、电解质层和阳极；

相邻两个固体氧化物燃料电池通过上述技术方案所述的耐高温金属连接件相堆叠。