【正文】 畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 第 I 頁(yè) I 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 等離子噴涂法制備 SOFC 連接體材料保護(hù)涂層 摘要 ： 作為高性能固體氧化物燃料電池的關(guān)鍵組件之一 —— 連接板主要起著在相鄰的電池之間傳輸電子和分隔燃料與相鄰電池氧化劑的作用，金屬連接板以其低成本的優(yōu)勢(shì)成為研究的重點(diǎn)內(nèi)容。為了延長(zhǎng)其使用壽命降低腐蝕和氧化的速度，通常采用燒結(jié)法、電化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、等離子噴涂等技術(shù)在連接板上增加一層保護(hù)膜。其中，等離子噴涂法具有不受基體材料尺寸、噴涂材料等條件限制，在快速、低成本制備 SOFC部件方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文采用等離子噴涂法在 SUS430連接板 上制備 (LSM)保護(hù)薄膜，優(yōu)化了在 SUS430基體上等離子噴涂 LSM保護(hù)薄膜的工藝流程及工藝參數(shù)；采用 XRD, SEM分別分析了薄膜的成分，表面與截面形貌；對(duì)比了噴涂前后 LSM粉體的成分與相結(jié)構(gòu)變化；用二支點(diǎn)法測(cè)量了有與無(wú) LSM保護(hù)膜時(shí)，金屬連接板的電導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)得出了較好的結(jié)果 ： 噴涂前后粉末的衍射峰的強(qiáng)度 、寬度和位置均沒(méi)有發(fā)生變化。元素分布均勻，不含其它的雜質(zhì)元素 ， 證明了等離子噴涂 LSM薄膜沒(méi)有引起 LSM的相和化學(xué)成份的變化，該方法能夠用于 SUS430金屬合金上噴涂 LSM保護(hù) 膜。 采用等離子噴涂法制備的 LSM保護(hù)膜與粘結(jié)層、粘結(jié)層與基體結(jié)合良好。 關(guān)鍵詞： 等離子噴涂、固體氧化物燃料電池 、 金屬連接板 畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 第 II 頁(yè) II Abstract As an energy conversion device, Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) has arisen high attention from the world for its high efficiency and low pollution. Plasma spray, which is not limited by base39。s size or material, has clear advantage in fast and lowcost preparation of SOFC ponent. So, study on preparation of SOFC ponent by plasma spray, in this article, has important social and actual economic purports to our national future energy resource and sustainable development strategy. With reduction of SOFC39。s operating temperature, at present, metal can be used as material of interconnect, which reduced cost of cell system, and elevated its petitive capacity. (LSM) was deposited on SUS430 using air plasmas spray (APS) in this paper. Effect of spraying parameters on physical and electrochemical characteristic of film during a course of preparation was invested。 Membraneelectrode assembly (MEA) which included anode, electrolyte and cathode, was deposited on anodesupported using air plasmas pray. Key words: Plasma Spray, Solid Oxide Fuel Cell， Metal Interconnect 畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 第 III 頁(yè) III 目 錄 1．緒論 ................................................................................................... 1 引言 .............................................................................................. 1 燃料電池概述 .............................................................................. 2 . 燃料電池原理 ........................................................................ 2 . 燃料電池的分類(lèi) .................................................................... 2 固體氧化物燃料電池 ................................................................... 3 SOFC 的關(guān)鍵部件 ...................................................................... 3 SOFC 連接板材料 ...................................................................... 4 陶瓷材料 ............................................................................... 4 金屬材料 ................................................................................ 5 國(guó)內(nèi)外連接板的研究現(xiàn)狀 ........................................................ 5 本文研究?jī)?nèi)容 .............................................................................. 6 2． 研究方法與試驗(yàn)裝置 ........................................................................ 7 等離子噴涂技術(shù) ........................................................................... 7 等離子噴涂的原理 .................................................................. 7 等離子噴涂 的特點(diǎn) .................................................................. 7 等離子噴涂裝置 .................................................................... 8 等離子噴涂工藝流程 ............................................................ 8 等離子噴涂工藝參數(shù)與應(yīng)用 ................................................ 8 畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 第 IV 頁(yè) IV 小結(jié) ............................................................................................. 9 3. 等離子噴涂制備 SOFC 連接體材料保護(hù)涂層 ............................... 10 前言 ........................................................................................... 10 實(shí)驗(yàn)原料及儀器 ........................................................................ 10 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ................................................................................... 10 LSM 粉體的制備 .................................................................. 10 基體的準(zhǔn)備 .......................................................................... 11 結(jié)果與討論 ............................................................................... 12 LSM 成分分析 ....................................................................... 12 薄膜表面、組織形貌 .......................................................... 13 電導(dǎo)率 ................................................................................. 14 小結(jié) ........................................................................................... 15 4. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與展望 .............................................................................. 16 參考文獻(xiàn) ............................................................................................... 18 致謝 ....................................................................................................... 22 附錄一文獻(xiàn)綜述 ................................................................................... 23 固體氧化物燃料電池的概況 ................................................................ 23 附錄二 外文翻譯 ................................................................................. 28 畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 第 1 頁(yè) 1 1． 緒論 引言 使用金屬作為連接板材料必須解決兩個(gè)問(wèn)題 :第一是在固體氧化物燃料電池的工作狀態(tài)下 ， 金屬連接板材料發(fā)生腐蝕；第二個(gè)問(wèn)題是金屬連接板的熱膨脹系數(shù)和 SOFC的其它部件不匹配。為了提高 合金 的耐高溫氧化性 ，常常在金屬中加入 Cr,使金屬表而形成一層耐高溫的金屬氧化物薄膜 (Cr203)。但是，對(duì)于形成 Cr203的連接板主要問(wèn)題是，在燃料電池的運(yùn)行溫度下， Cr的氣態(tài)物質(zhì) (如 CrO3（ g))的揮發(fā)很顯著。這些物質(zhì)和 LaMn03基陰極發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致混合物由 (La,Sr)Mn03變?yōu)?LaSr)(MnCr)03和形成新相，例如 (CrMn)304,降低陰極的性能。提高金屬抗氧化性的另一個(gè)方法是在金屬表面生成一層陶瓷材料，該陶瓷材料可以是 (LaSr)Mn03或 Sr摻雜的 LaCo03。 涂層與基體以及電池其它部件熱膨脹系數(shù)的 不同將會(huì)在材料中產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致連接板發(fā)生翹曲，最后導(dǎo)致電池堆發(fā)生災(zāi)難性失效。金屬合金的熱膨脹系數(shù)可以通過(guò)調(diào)整金屬中各成分的含量，使金屬合金的熱膨脹系數(shù)與固體氧化物電池的其它部件相匹配。此外，還需要解決 Cr在金屬 合金 或 LaCrO3基陶瓷材料中高溫下?lián)]發(fā)的問(wèn)題。 故本文采用 空氣等離子噴涂法 制備 La1xSrxMnO3保護(hù)涂層 。 等離子噴涂是采