[发明专利]一种含Gd2O3的封接微晶玻璃及其制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池领域，具体涉及一种具有高温热稳定性的含Gd₂O₃的封接微晶玻璃及其制备和使用。 

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）采用固体氧化物（陶瓷）电解质，在高温下运行，具有发电效率高，材料成本低，燃料（如甲烷、煤气、甲醇、酒精、石油液化气等）适应性强等优点。但是开发SOFC所面临的主要问题是在高温下如何将燃料气和氧化气进行有效的隔绝与封接以及如何抑制封接材料与SOFC其他部件之间的有害反应。由于电池的工作温度高（700～750℃），选择合适的封接材料成为平板式SOFC发展的关键。研究发现，通过调控B₂O₃/SiO₂比例可以获得所需的玻璃转化点和玻璃软化点。因此，硅硼酸盐成为最具潜力的封接玻璃品种。

然而，本课题组研究发现硼硅酸盐玻璃封接材料在SOFC运行环境下，由于含硼物质的挥发(J. Am. Ceram. Soc., 2008, Volume 91, Issue 8, P2564–2569)， 严重的降低了玻璃本身的热稳定性，同时，含硼物质的挥发还会导致封接玻璃中大量的孔洞的产生，影响封接材料的气密性。另外，近期国际上的相关研究还发现，硼硅酸盐玻璃封接材料在SOFC运行过程中含硼物质剧烈挥发继而在阴极上沉积并与其发生化学反应，例如与镧锶钴铁（LSCF）阴极反应其产物为LaBO₃，从而导致阴极催化性能的严重衰减 (Fuel cells. 2013, Volume 12, Issue 6, PF1101-1108；J. Electrochem. Soc. 2013, Volume 160, Issue 3, PF301-F308) 。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种含Gd₂O₃的封接微晶玻璃及其制备和使用方法，通过添加适当含量的Gd₂O₃，提高了B在玻璃网络中的稳定性，显著降低封接玻璃中含B物质在服役过程的挥发，从而改善了封接玻璃自身的热稳定性及其与阴极的化学兼容性。

为了实现本发明目的，采用如下技术方案：

一种含Gd₂O₃的封接微晶玻璃，原料由B₂O₃、Al₂O₃、Bi₂O₃、SiO₂、MO（MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或几种的混合物）和Gd₂O₃按摩尔比为0~10：0~7：0~5：25~60：20~45：5~30组合而成。

原料B₂O₃、Al₂O₃、Bi₂O₃、SiO₂、MO和Gd₂O₃的摩尔比优选为0~8：0~5：2~5：25~40：30~45：10~25。

制备如上所述的含Gd₂O₃的封接微晶玻璃的方法包括以下步骤：

（1）将原料混合均匀；经过1200-1400℃熔制，保温时间1-4小时；对熔制好的玻璃液，进行急冷，获得玻璃熔块；然后，将玻璃熔块粉碎，研磨或者球磨，过筛后获得玻璃粉末； 

（2）将玻璃粉末与粘结剂、分散剂和溶剂混合成浆料，在球磨机中球磨均匀分散；流延成型，自然干燥，然后裁剪成所需形状的胚体，制成玻璃封接材料。

所述步骤（2）的粘结剂为环氧树脂、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇中的一种或几种的混合物。

所述步骤（2）的分散剂为鱼油、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物。

所述步骤（2）的溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、丙酮中的一种或几种的混合物。

如上所述的含Gd₂O₃的封接微晶玻璃的使用方法为：将玻璃封接材料置于待封接部位，在电炉中以1-5℃/min的速率升温，400-500℃保温0.5-2小时，然后以1-5℃/min的速率升温至630-700℃晶化处理0.5-2小时，即完成封接。