用于平板型固体氧化物燃料电池密封的复合钎料及其钎焊方法
【技术领域】
[0001]本发明属于固体氧化物燃料电池领域，具体涉及是一种用于固体氧化物燃料电池密封的复合钎料及其钎焊方法。
【背景技术】
[0002]固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)，是一种清洁高效的能源转换装置，能够通过一系列的电化学反应将燃料中的化学能直接转变成电能，不需要经过燃料的燃烧过程。S0FC单体主要由电解质(electrolyte)、阳极(anode)、阴极(cathode)和连接体(interconnect)构成，由于单体电池产生的电压较小，功率有限，所以需要将单电池以串联、并联或混联的方式组装成电池组，来满足实际的使用要求。S0FC的结构类型主要包括:管状(tubular)、平板型(planar)和整体型(unique)三种，其中平板型固体氧化物燃料电池(PS0FC)因功率密度高和制造成本低而成为S0FC的主要发展趋势。pSOFC的发展需要克服结构的密封问题，避免使用过程中燃料气体和氧化性气体的混合和泄漏，当前国内外学者进行了大量的研究，主要形成了三种密封方式:玻璃密封、压缩密封和钎焊连接。
[0003]其中玻璃密封由于玻璃或玻璃陶瓷接头的脆性较大，使用过程中受到热应力的作用极易产生裂纹，造成气体的混合和泄漏。压缩密封在恒定压力的作用下，是一种动态密封过程，虽然降低了对密封结构热膨胀系数匹配的要求，但是压缩密封的泄露率较高，对PS0FC的长期可靠使用带来了很大的安全隐患。钎焊连接密封pSOFC是近几年发展起来的新型密封技术，具备塑形变形能力，可以吸收热应力提高结构的密封性能，但是目前报道的研究，连接温度在1000°C之上，且保温时间过长，这种工艺过程容易对pSOFC组件的性能造成损伤。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要解决现有钎焊连接密封pSOFC的连接温度较高，保温时间过长的问题，而提供一种用于平板型固体氧化物燃料电池密封的复合钎料及其钎焊方法。
[0005]本发明用于平板型固体氧化物燃料电池密封的复合钎料由Ag粉、纳米Cu粉、Μη粉和纳米陶瓷颗粒组成，Ag粉和纳米Cu粉混合构成Ag-Cu钎料基体，Ag-Cu钎料基体中添加有Μη粉作为反应调节相，添加有纳米陶瓷颗粒作为热膨胀系数调节相，其中纳米陶瓷颗粒为纳米Α1203陶瓷颗粒或者纳米ZrO 2陶瓷颗粒，Ag-Cu钎料基体中纳米Cu粉的添加量为1?15mol %，Μη粉的添加量为Ag-Cu钎料基体总质量的1?20wt%。
[0006]本发明用于平板型固体氧化物燃料电池密封的钎焊方法按照以下步骤实现:
[0007]—、称取的Ag粉和纳米Cu粉混合，得到Ag-Cu钎料基体，然后将Ag-Cu钎料基体、Μη粉和纳米陶瓷颗粒混合均匀，得到混合粉末，向混合粉末中加入无水乙醇进行球磨处理，烘干后过300?400目筛，得到钎料混合粉末；
[0008]二、将乙基纤维素溶解于松油醇中，得到乙基纤维素松油醇溶液粘接剂；
[0009]三、将步骤一得到的钎料混合粉末加入到乙基纤维素松油醇溶液粘接剂中，混合均勾得到复合钎料膏；
[0010]四、采用丝网印刷的方法将步骤三得到的复合钎料膏涂覆到平板型固体氧化物燃料电池的密封位置上，得到待焊电池件；
[0011]五、将步骤四的待焊电池件的密封位置与连接体贴合装配，然后放入马弗炉中，首先升温至200 °C除气30?50min，继续升温至300?400°C排塑30?50min，再升温至900?1000°C的范围内保温5?30min，随后降温至室温，完成平板型固体氧化物燃料电池的密封钎焊；
[0012]其中步骤一所述的Ag-Cu钎料基体中纳米Cu粉的添加量为1?15mol%，Mn粉的添加量为Ag-Cu钎料基体的1?20wt%，所述的纳米陶瓷颗粒为纳米A1203陶瓷颗粒或者纳米Zr02陶瓷颗粒。
[0013]本发明所述的用于平板型固体氧化物燃料电池密封的复合钎料及其钎焊方法是用纳米Cu取代传统大粒径的Cu粉，混合形成钎料粉体后，能够降低钎料熔点，钎料熔点降低至800?850°C，实现电池组件在较低温度下的连接，减少了高温对电池组件的伤害。加入反应调节相Μη粉，能够增强界面反应，增加结构的密封性能。添加纳米Α1203陶瓷颗粒(或纳米zro2陶瓷颗粒)能够调节钎料体系的热膨胀系数，降低由于热膨胀系数失配而产生的热应力，提高密封结构的使用可靠性。
【附图说明】
[0014]图1为实施例一至五得到的平板型固体氧化物燃料电池的密封钎焊接头的室温剪切强度测试图；
[0015]图2为实施例一至五得到的平板型固体氧化物燃料电池的密封钎焊接头的800°C高温剪切强度测试图。
【具体实施方式】
[0016]【具体实施方式】一:本实施方式用于平板型固体氧化物燃料电池密封的复合钎料由Ag粉、纳米Cu粉、Μη粉和纳米陶瓷颗粒组成，Ag粉和纳米Cu粉混合构成Ag-Cu钎料基体，Ag-Cu钎料基体中添加有Μη粉作为反应调节相，添加有纳米陶瓷颗粒作为热膨胀系数调节相，其中纳米陶瓷颗粒为纳米Α1203陶瓷颗粒或者纳米ZrO 2陶瓷颗粒，Ag-Cu钎料基体中纳米Cu粉的添加量为1?15mol%,Mn粉的添加量为Ag-Cu钎料基体总质量的1?20wt%。
[0017]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是所述的纳米Cu粉的粒径为40?70nm。
[0018]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是所述的纳米陶瓷颗粒的粒径为40?70nm。
[0019]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是纳米陶瓷颗粒的添加量为Ag-Cu钎料基体的1?20wt%。
[0020]【具体实施方式】五:本实施方式用于平板型固体氧化物燃料电池密封的钎焊方法按照以下步骤实现:
[0021]—、称取的Ag粉和纳米Cu粉混合，得到Ag-Cu钎料基体，然后将Ag-Cu钎料基体、Μη粉和纳米陶瓷颗粒混合均匀，得到混合粉末，向混合粉末中加入无水乙醇进行球磨处理，烘干后过300?400目筛，得到钎料混合粉末；
[0022]二、将乙基纤维素溶解于松油醇中，得到乙基纤维素松油醇溶液粘接剂；
[0023]三、将步骤一得到的钎料混合粉末加入到乙基纤维素松油醇溶液粘接剂中，混合均勾得到复合钎料膏；
[0024]四、采用丝网印刷的方法将步骤三得到的复合钎料膏涂覆到平板型固体氧化物燃料电池的密封位置上，得到待焊电池件；
[0025]五、将步骤四的待焊电池件的密封位置与连接体贴合装配，然后放入马弗炉中，首先升温至200 °C除气30?50min，继续升温至300?400°C排塑30?50min，再升温至900?1000°C的范围内保温5?30min，随后降温至室温，完成平板型固体氧化物燃料电池的密封钎焊；
[0026]其中步骤一所述的Ag-Cu钎料基体中纳米Cu粉的添加量为1?15mol%,Mn粉的添加量为Ag-Cu钎料基体的1?20wt% ;所述的纳米陶瓷颗粒为纳米A1203陶瓷颗粒或者纳米Zr02陶瓷颗粒。
[0027]本实施方式步骤四丝网印刷所用的网板，需要预先制备印刷图形，印刷图形按照待封位置的实际图形进行预制，印刷过程要将印刷图形和电池待封位置严格对准，避免钎料膏污染燃料电池片的其他部位。
[0028]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】五不同的是步骤一所述的纳米陶瓷颗粒的