【導(dǎo)讀】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。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)。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,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。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。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。

　　

【正文】 率可達(dá) 85％以上。 (4)無(wú)須使用貴金屬作為電極催化劑。 (5)由于 SOFC是全固態(tài)的結(jié)構(gòu)，更合適進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和放大，還避免了液態(tài)電解質(zhì)所帶來(lái)的腐蝕等問(wèn)題。 固體氧化物燃料電池自身的特點(diǎn)決定了它在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前已經(jīng)知道的應(yīng)用領(lǐng)域有固定式大型電站、分散式電站、移動(dòng)式電源、輪船、艦艇等。 固體氧化物燃料電池 (SOFC)是一種全固態(tài)的燃料電池體系，與其他諸如 AFC，PAM， MCFC燃料電池相比，不存在電解液的流失與腐蝕問(wèn)題，能量轉(zhuǎn)化效率高，是目前燃料電池研 究中的熱點(diǎn)。單體 SOFC的工作電壓一般低于 1伏，為了提高電池的輸出電壓，需要將單體電池串聯(lián)起來(lái)，組成電池堆，連接單體電池的連接體材料一方面將單體電池串聯(lián)起來(lái)，另一方面還起到分配氣流，將燃料氣和氧化氣輸送到電極參與電極反應(yīng)，這就要求一方面連接體材料具有良好的電子導(dǎo)電性和 畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 第 24 頁(yè) 24 穩(wěn)定性，另一方面還要具有較好的機(jī)械加工性能，便于在連接體材料的表面加工氣體的輸送通道。傳統(tǒng)的連接體材料主要是摻雜的 LaCrO3 陶瓷， LaCrO3 陶瓷的主要缺點(diǎn)是燒結(jié)性能較差，通常需要在 1600 ℃ 以上燒結(jié)成瓷，而且陶瓷材料的機(jī)械加工性能較差 ，其成本通常占電池成本的 70％左右，目前中低溫 SOFC(600oC一 800oC)是固體氧化物燃料電池的發(fā)展方向，電池在此溫度區(qū)間工作，可采用耐高溫合金材料作為電 池 堆的連接體材料。 連接體在燃料電池系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，因而對(duì)連接材料的要求也較為苛刻。 (1)具有良好的高溫導(dǎo)電性。這樣連接體上的歐姆損失才會(huì)相當(dāng)?shù)匦?，從而使得電池堆的發(fā)電密度和單電池的發(fā)電密度相比沒(méi)有明顯的下降。 (2)一定的穩(wěn)定性。因?yàn)?SOFC的運(yùn)行溫度很高，而且連接體一邊是氧化氣氛的氧氣或空氣，一邊是還原氣氛的燃料氣體，這就要求連接材料要有 很高的化學(xué)穩(wěn)定性。 (3)材料要致密。電池運(yùn)行中要避免燃料氣體和氧氣透過(guò)連接體而直接反應(yīng)，因?yàn)檫@樣會(huì)大大降低電池的開路電壓和發(fā)電效率。 (4)在工作溫度范圍內(nèi)，連接材料的熱膨脹率要和電池其它部件材料的熱膨脹率相匹配。這樣才能使由于溫度變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力最小。 (5)要有很好的熱導(dǎo)率。 (6)要易于制備，并且成本要低，這是 SOFC實(shí)現(xiàn)商業(yè)實(shí)用化的關(guān)鍵。 (7)要有很好的高溫機(jī)械強(qiáng)度，尤其對(duì)于平板式電池來(lái)說(shuō)這一點(diǎn)更為重要，因?yàn)殡姵卦谶\(yùn)行時(shí)各個(gè)部件都要承受一定的重量。 由于采用在中溫下具有較高電導(dǎo)率的新 型電解質(zhì)材料及傳統(tǒng) YSZ電解質(zhì)的薄膜化工藝， SOFC的工作溫度可降至 800oC以下，則以耐高溫氧化合金材料代替陶瓷材料作為連接體也成為可能。目前，用作連接體的合金材料主要有 Ni基合金、Cr基合金和 Fe基合金。合金材料在 SOFC工作溫度下 (通常高于 800℃ )的氧化幾乎是不可避免的，為了提高其耐高溫氧化性，這樣的合金材料通常都含有 Cr或 Al等作為抗氧化合金組分，在合金表面形成 Cr2O3或 A12O3保護(hù)層，降低合金的氧化速率，盡管 A12O3氧化層的增長(zhǎng)速率僅為 Cr2O3的 1／ 10，但由于 A12O3的導(dǎo)電率低而不適 合用作 SOFC連接體材料的抗氧化合金元素。合金連接體材料作為單體電池間的橋梁 ,不但要求其具有較好的抗氧化性能，而且要求其熱膨脹性能與電池的其他部件相匹配。所以在合金連接體材料的選擇上應(yīng)給予較為全面的考察。目前合金連接體材料的抗氧化組分都采用 Cr作為抗氧化合金元素。 Das等人在含 畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 第 25 頁(yè) 25 鉻合金氧化機(jī)理方面作了系統(tǒng)研究，認(rèn)為 Cr氧化后，在合金表面生成一層 Cr2O3保護(hù)層，由于 Cr3+的還原性，被進(jìn)一步氧化為 Cr(VI)， Cr2O3揮發(fā)后，在陰極材料／ YSZ電解質(zhì)界面處凝結(jié)。鉻的氧化物和氫氧化物的在電極的沉積將破壞電池的電化學(xué)性能，同時(shí)，在 SOFC長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中， Cr2O3在電極及連接體界面沉積，并進(jìn)一步與電極反應(yīng)生成 CrMnO4和 SrCrO4等尖晶石結(jié)構(gòu)化合物，并在電極與電解質(zhì)界面的沉積，這將使得濃度極化和電化學(xué)極化程度加大，使電極性能降低；并且，水蒸氣壓越大， Cr(VI)的揮發(fā)越顯著，然而燃料之中必定含有一定量的水蒸氣，同時(shí)水蒸氣也是燃料電池反應(yīng)的產(chǎn)物。因此，怎樣抑制合金中 Cr成分的遷移仍是今后合金連接體材料技術(shù)開發(fā)的重要課題。 2．等離子噴涂的基本原理及其特點(diǎn) 等離子噴涂是一種高能加工工藝，既可用于零件表面強(qiáng)化，又可 近凈成形直接制造零件。等離子噴涂因具有快速、連續(xù)、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)而廣泛地應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械、國(guó)防、電力等領(lǐng)域。它是指以等離子射流為熱源，將噴涂材料加熱到熔融狀態(tài)，并將該狀態(tài)的噴涂材料通過(guò)高速氣體霧化噴射在零件表面上，形成噴涂層的一種表面加工方法。 等離子噴涂具有一下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）零件變形微小；通過(guò)控制噴涂工藝，可以使溫度控制在一個(gè)不改變基體金屬的材料學(xué)特性范圍內(nèi)； （ 2）涂層的種類多；由于等離子射流溫度很高，可以將各種噴涂材料加熱到熔融狀態(tài)，因而可供等離子噴涂使用的材料非常廣泛，既可以噴涂低熔點(diǎn)金屬合金，還 可以噴涂各種難熔材料； （ 3）工藝穩(wěn)定，涂層質(zhì)量高；等離子噴涂的工藝參數(shù)都可以定量控制，因而工藝穩(wěn)定，涂層性能再現(xiàn)性好； （ 4）等離子噴涂的零件尺寸不受限制、基體材質(zhì)廣泛、加工余量小、可噴涂強(qiáng)化普通基體材料的零件表面； （ 5）噴涂效率高，適合批量生產(chǎn)，降低成本； （ 6）適合制備功能梯度薄膜； 其缺點(diǎn)是噪音大，粉塵多，強(qiáng)光對(duì)人體有害，因而需要注意勞動(dòng)保護(hù)。 畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 第 26 頁(yè) 26 展 望 我國(guó)對(duì) SOFC的研究還處于起步階段，科研水平和經(jīng)費(fèi)投入與國(guó)外相比都有很大差距，中科院上海硅酸鹽研究所 2020年組裝出了輸出功率 800W 、運(yùn)行溫 度1000。 C的平板式 SOFC電池堆，而西門子西屋電力公司在 2020年時(shí)已經(jīng)成功開發(fā)出了連續(xù)運(yùn)行兩年、輸出功率為 100kW 、運(yùn)行溫度 1000。 C的管式 SOFC電池堆。該公司還計(jì)劃在 2020年實(shí)現(xiàn) 25O～ 1000kW不同功率型號(hào)電池堆的商業(yè)化應(yīng)用。用 LaCrO3 基陶瓷作連接材料的制作成本太高，這嚴(yán)重阻礙了其大規(guī)模商業(yè)化的進(jìn)程。合金材料的成本較低，但其長(zhǎng)期穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步改善，并且由于中低溫燃料電池其它部件還有許多問(wèn)題尚未解決，所以實(shí)現(xiàn)其商業(yè)實(shí)用還有大量的研究工作要做。未來(lái)對(duì)連接材料的研究重點(diǎn)應(yīng)在以下幾個(gè) 方面： (1)開發(fā)新的連接材料。新材料不但應(yīng)該具有高的電導(dǎo)率和與電池其它部件相匹配的熱膨脹率，而且還要在運(yùn)行環(huán)境下有很好的工作性能。 (2)為正在研究的合金材料開發(fā)出性能更好和成本更低廉的涂覆材料。 (3)研究新的表面處理與加工技術(shù)。 (4)改善電池堆結(jié)構(gòu)和電池其它部件的性能，降低電池的運(yùn)行溫度。 參考資料 【 l】劉江，呂咭，劉巍等．固相法合成中溫固體電解質(zhì) LaBiA1O和 LaBiAlZnO系列材料 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