[发明专利]高电导率的固体氧化物燃料电池连接部件及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池，具体地说是一种高电导率的固体氧化物燃料电池柔性连接部件，通过在合金网状体或泡沫状体表面涂覆涂层材料，构成抗高温氧化的保护涂层，同时具有较好的导电性能。制备而成的一种在高温氧化气氛下具有高电导率的柔性连接部件，得到的连接部件，即具有较高的电导率，又具有高温抗氧化能力，本发明的柔性连接部件能大大改善固体氧化物燃料电池的电极或连接体与集电部件间接触，消除刚性接触导致的高温膨胀损坏，提高燃料电池的发电性能，并具有耐高温氧化、导电良好、使电池堆装配简易等优点。这种高电导率的柔性连接部件在固体氧化物燃料电池电堆取电方面具有重要的意义，对于推动固体氧化物燃料电池技术向应用技术的发展具有重要的意义。

背景技术

固体氧化物燃料电池是将化学能直接转化为电能的能量转换装置，采用全固态结构，具有发电效率高、可直接采用天然气等碳氢化合物为燃料、应用范围广等特点，是理想的分散发电和集中电站技术，也可以应用于车辆辅助电源、便携式电源等。高温取电是固体氧化物燃料电池电堆中的一项至关重要的技术，特别是在高温氧化气氛下取电更为困难，采用普通的不锈钢网，在高温氧化气氛下，容易导致金属氧化，而使得电导率下降，采用贵金属（如银、铂、金等）则会导致固体氧化物燃料电池系统成本大大提高，因此研制一种低成本抗氧化的高温取电材料对于固体氧化物燃料电池具有重要的意义。

由于金属材料具有价格低廉和易于机械加工等优点，在SOFC电池堆中使用金属连接部件替代传统的陶瓷连接部件有利于成本的降低。随着SOFC工作温度的降低，金属连接部件的应用已具备可能。为了满足高温强度和抗高温氧化的要求，金属连接部件一般使用含Cr的耐热合金，如铁基的SUS430合金、SUS446合金、Crofer22合金、ZMG232合金以及镍基的Heynes230合金和Inconel625合金等等。然而，尽管经过了合金成分的设计和优化，目前商用合金的抗高温氧化性能还不能完全满足SOFC长时间发电（≥40000h）的需求。随着表面生成的低电导率氧化膜的增厚，电池内阻逐渐增加，导致电池性能及稳定性下降。另一方面，当SOFC长时间发电时，金属部件中的Cr会扩散到金属部件之外，通过汽化以及固相扩散等途径到达阴极和固体电解质的界面，出现所谓的催化剂Cr中毒，使燃料电池的发电能力降低。

在合金部件表面涂覆保护涂层是控制金属表面氧化层增长以及控制Cr污染的有效方法，已被广泛采用。所述涂层材料在工作条件下应满足以下要求：（1）电子电导高，一般要求含涂层的金属连接部件的面比电阻低于100mΩcm²；（2）氧扩散速率低；（3）有效抑制Cr的挥发；（4）和金属基体热膨胀匹配；（5）与金属基体结合强；（6）与阴极、阳极或连接体材料化学兼容。可用于SOFC的涂层材料主要分为金属涂层（包括Pt、Au、Ru等惰性金属以及Ni、Co等过渡族金属）和氧化物涂层（包括钙钛矿结构氧化物、尖晶石结构氧化物等等）两大类。含La的钙钛矿结构氧化物以及含Mn的尖晶石结构氧化物在高温下具有较高的电子电导率，是连接部件表面涂层的首选材料。涉及含La钙钛矿结构氧化物的涂层及其在SOFC中应用的专利包括：CN1314724A，CN1591947A，CN1667859A，JP2008-293984A，JP2004-265741A，JP2007-87612A等等，涉及含Mn尖晶石结构的氧化物涂层及其在SOFC中应用的专利包括：CN101300700A，CN101670999A，CN101795782A，JP2009-152016A等等。

但由于这些合金取电部件为刚性材料，同时固体氧化物燃料电池的电极或连接体等为陶瓷部件，同样不具备柔性，这样很难使合金集电部件和电池电极接触良好，获得较高的电池性能，因此要使两者之间接触良好，就需要一种柔性材料将两者连接好，这种柔性连接材料既要具备高温抗氧化性能，同时还要具备高电导率。

发明内容

为了解决高温稳定取电的困难，本发明提供了一种高电导率的固体氧化物燃料电池柔性连接部件，通过在合金网状体或泡沫状体表面涂覆一层或多层涂层材料，制备而成的一种在高温氧化气氛下具有高电导率的柔性连接部件，得到的连接体部件，即具有较高的电导率，还具有高温抗氧化性能，同时还具有柔性。这种高温连接部件的制备方法：