[发明专利]一种SOFC发电系统、锰钴尖晶石涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种SOFC发电系统、锰钴尖晶石涂层及其制备方法，涉及燃料电池技术领域。制备方法包括如下步骤：通过大气等离子喷涂在连接体表面制备锰钴尖晶石涂层；喷涂时所用的气体为氢气和惰性气体的混合气体，所述混合气体的总流量为60‑90L/min，采用的喷涂功率为30‑60kW。在本发明提供的喷涂用气总量和喷涂功率的条件下，可以实现等离子射流的速度和等离子射流的温度的控制，且该喷涂工艺下，可以实现较高的电导率、高致密度、低缺陷锰钴尖晶石涂层的制备。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种SOFC发电系统、锰钴尖晶石涂层及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效的能量转换器，可以在较高的温度下将燃料的化学能以电化学的方式转换为电能和热能，过程中只释放CO₂和H₂O，无任何其他硫化物、氮氧化物或者颗粒粉尘排放，是一种绿色清洁的发电技术。通过将多个平板状SOFC单电池串联叠加可以形成较大功率的SOFC电池堆，从而实现模块化应用。在SOFC电池堆组装过程中需要大量的连接体连接相邻的两个单电池，即连接体的一面与单电池的阳极接触，另一面则与相邻单电池的阴极接触。因此，连接体要求具有较高的电导率和较好的热稳定性。传统的连接体采用导电陶瓷制成，如LaCrO₃。但随着电池工作温度中低温化发展，导电陶瓷连接体已逐步被金属连接体替代。常用的连接体金属材料有Cr合金、Ni合金以及铁素体不锈钢。其中铁素体不锈钢由于具有较好的加工性能、良好的热匹配性能、较低的成本和较好的耐氧化性能而被广泛应用于连接体成型和制备。

然而，在SOFC服役条件下的长期使用导致铁素体不锈钢中的Cr元素向表面扩散，并在表面形成氧化层(Cr₂O₃)。在氧化环境下，水份的存在会导致Cr³⁺粒子的进一步被氧化为Cr⁶⁺，并形成挥发性的CrO₂(OH)₂。该挥发性成分易与阴极材料反应(一般为镧锶钴铁，LSCF)，生成低活性相(如SrCrO₄)，导致阴极活性下降，产生毒化现象。为防止这类现象，需要在铁素体不锈钢连接体表面制备防护涂层。常用的防护涂层材料为导电陶瓷。根据防护性能和电导率的要求，目前主流防护材料为导电尖晶石，其成分有(Mn，Co)₃O₄、(Mn，Cu)₃O₄等。其中(Mn，Cu)₃O₄电导率最高，但其长期稳定性较差，且使用过程中易产生不可逆退化。而(Mn，Co)₃O₄虽电导率略低于(Mn，Cu)₃O₄，但其长期稳定性良好，因此而被大量应用于金属连接体的防护。

目前，(Mn，Co)₃O₄(或Mn_xCo_3-xO₄，0x1)防护涂层的制备可通过多种方式实现，如电镀、高温烧结、溶胶涂敷法、磁控溅射法、电镀法、提拉浸渍法、高能微弧冷焊法等。现有的工艺和方法都存在明显缺陷，如电镀法存在严重的污染问题，溶胶涂敷法制备的涂层致密度低，磁控溅射法和提拉浸渍法效率低，高能微弧法需要较长时间的后处理以将合金涂层氧化为尖晶石涂层，因此现有技术均无法满足工业化应用带来的金属连接体防护涂层大规模制备要求，也无法满足涂层较高的电导率、低缺陷的要求。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SOFC发电系统、锰钴尖晶石涂层及其制备方法以解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种用于SOFC金属连接体的锰钴尖晶石涂层的制备方法，制备方法包括如下步骤：通过大气等离子喷涂在连接体表面制备锰钴尖晶石涂层；