[发明专利]一种固体氧化物燃料电池堆用压缩式密封材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池堆用压缩式密封材料及其制备方法，由80～100wt％h‑BN陶瓷微粉和0～20wt％玻璃微粉复合形成h‑BN基密封材料；所述h‑BN基密封材料厚度为0.25～0.3mm；所述h‑BN陶瓷微粉粒径大小为5～8μm，其热膨胀系数为10.3×10‑6K‑1；所述玻璃微粉选择SiO2‑Na2O‑K2O3体系，其平均粒径为5μm。本发明以h‑BN基密封材料作为基体，添加不同比例的玻璃微粉，实现密封材料在电堆中的可靠密封，可以有效降低密封材料的漏气率，改善其高温力学性能，进而提供优良的密封效果。

技术领域

本发明属于能源技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池堆用压缩式密封材料及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的一种发电装置，热电联供可将转换效率提高至80％。从国内外研究趋势看，中低温平板式固体氧化物燃料电池是当前研究的主流，其优点主要是单电池功率密度高、生产成本低。固体氧化物燃料电池电堆主要由单电池与连接体串联而成，工作温度在600℃到850℃之间，通过施加高温密封材料在单电池与连接体之间实现密封与绝缘的双重功能。固体氧化物燃料电池在运行过程中其单电池阳极侧通入燃料气体，阴极侧通入空气。为确保固体氧化物燃料电池的正常工作，密封材料必须提供足够的气密性，阻隔阴极与阳极两侧气体不发生渗透与混合。此外，密封材料还需要具备长期稳定性、耐热循环性、相邻组件之间的化学相容性，以及制造成本低、可靠性高等特征。

目前，平板式固体氧化物燃料电池的密封方法主要分为两种，压缩性密封和硬密封。压缩性密封是指通过施加外部压力使密封材料和单电池/金属连体紧密贴合，从而实现动态密封，密封界面可以发生相对滑移而不会破坏气密性。这类密封方式对密封材料与待密封的部件之间的热膨胀系数匹配要求不高。目前使用较多的压缩性密封材料主要有云母和陶瓷基密封材料。云母需施加很大压应力才能维持良好气密性，但实际操作中过大的压应力会致使单电池破裂。除此之外，电堆在长期运行过程中，云母中钾元素将会挥发，并沉积在电池阴极，从而严重影响固体氧化物燃料电池性能。相对于云母基密封材料而言，流延成型的陶瓷基密封材料具有厚度可控，结构柔性，易于切割等优点，已在固体氧化物燃料电池电堆中得到了成功的应用。然而，陶瓷基密封材料或浸渍了大量细小固体颗粒的陶瓷毡同样需要较大外加压力才能提供足够的密封，在较低压力下，陶瓷基密封材料的界面密封效果不理想，很难保证固体氧化物燃料电池运行过程中的有效密封。

硬密封是指密封材料与固体氧化物燃料电池组件之间进行硬连接的方式，在工作过程中密封材料不发生塑性变形，而是通过玻璃的高温软化填充相邻组件之间的间隙。这类密封材料气密性优良，目前使用最广泛的是玻璃和玻璃-陶瓷密封材料。玻璃密封材料中玻璃属于热力学亚稳定相，在长期高温条件下，有向更稳定晶相转变的趋势，由此可能带来体积、热膨胀系数、内应力等变化，从而缩短使用寿命，不能有效保证固体氧化物燃料电池运行过程中的有效密封。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种固体氧化物燃料电池堆用压缩式密封材料及其制备方法，以h-BN基密封材料作为基体，添加不同比例的玻璃微粉，实现密封材料在电堆中的可靠密封，可以有效降低密封材料的漏气率，改善其高温力学性能，进而提供优良的密封效果。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种固体氧化物燃料电池堆用压缩式密封材料，由80～100wt％h-BN陶瓷微粉和0～20wt％玻璃微粉复合形成h-BN基密封材料。

优选地，所述h-BN基密封材料由85～100wt％h-BN陶瓷微粉和0～15wt％玻璃微粉复合形成。

进一步地，所述h-BN基密封材料厚度为0.25～0.3mm。