专利名称：中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封材料及密封方法
技术领域：
本发明属于燃料电池领域，更具体地，涉及一种中温平板式固体氧化物燃料电池堆所使用的密封材料及其相应的密封方法。
背景技术：
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)是一种将化石燃料(煤、石油、天然气以及其碳氢化合物等)中的化学能转换为电能的发电装置，能量转换是通过电极上的电化学过程来进行的。与以燃烧为基础的传统发电方式相比，SOFC技术极大地降低了化石燃料在能量转换中的能量损失和对环境的破坏，是一种高效、无污染的发电装置。目前，SOFC堆的结构主要有管式、平板式等。平板式固体氧化物燃料电池堆可以提供比管式更高的能量密度和更优异的性能， 但是需要性能良好的密封材料。密封材料需要在高温的空气和燃料气氛中保持稳定性，且和燃料电池的其他部分有良好的化学相容性，因此，密封材料的制备成了平板固体氧化物燃料电池发展过程中的主要挑战之一。由于密封材料的漏气率会影响到电池的电势，甚至带来安全问题。而且密封材料在工作温度下会受到热应力影响，因此需要密封材料具有长期稳定的良好密封性能，并可耐热循环。对于目前常规的SOFC堆的密封材料，主要包括以下类型即玻璃和玻璃-陶瓷基密封材料、金属基密封材料和云母基密封材料。它们各自的优缺点是金属基密封材料可经受一定的塑性变形，但容易被氧化和腐蚀，不绝缘，因此长期稳定性不佳；云母基密封材料不需要很精确的热匹配，但工作时需外加很高的载荷，热循环性能不好，而且含钾元素会导致毒化电极；对于玻璃和玻璃-陶瓷基密封材料而言，其易于规模化装备，封接简单，成本低廉，但缺点在于热稳定性不好，容易析晶，此外化学稳定性也不够好，脆性大，使用寿命低。SOFC堆的常规密封材料按照可否压缩可分为三类压密封，硬密封和自适应密封。其中压密封不需要严格的热循环系统匹配，热循环性能较好，但相应需要较大的负载压力，而且气体泄漏量高，不适合用于要求一定稳定性的移动设备；硬密封的密封性能好，绝缘，由于可柔性设计和组装，因而固定设备和移动设备皆可适用，但低温时脆性大，热循环性能差，会与电池其他组分发生反应。自适应密封是指密封材料在SOFC运行温度下有一定的塑性变形能力，在高温下可以抵消掉由温度变化产生的热应力，其优势是密封材料的热膨胀系数不用和SOFC的其他组件严格匹配，但缺点在于易被氧化，低电阻，会产生氢脆。研究表明，热应力是造成SOFC密封材料失效的最主要原因。因为密封材料和其他部分的热膨胀系数总存在差异，所以热应力总无法避免，但是如果密封材料通过在高温时产生的塑性变形耗散掉大部分热应力，就可提高SOFC的运行稳定性。Bloom等人研究发现，当密封材料的黏度在10Γ106Ρ& *s时，可以耗散掉热膨胀系数相差20%带来的热应力。自适应密封也对密封材料提出了更高的要求，首先对密封材料黏度的要求大大提高，若是黏度太低，密封材料会在高温渗入多孔的电极材料中，若是太高则不能有效的消除热应力。而且对密封材料和电池其他部分的化学相容性也提出了更高的要求，因为密封材料的黏度低，和电池其他部分的扩散更加容易，如果化学相容性不好，则密封材料和SOFC其他部分间的反应更快。当前自适应密封主要采用玻璃和玻璃-陶瓷基材料，通过玻璃的黏度来耗散热应力。然而，如上所指出地，目前的玻璃和玻璃-陶瓷基密封材料在热稳定性和化学稳定性等方面皆存在不足，因此对其成分和特性有必要作出进ー步的改进。
发明内容
针对现有技术的缺陷和技术需求，本发明的目的在于提供一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封材料及相应的密封方法，其通过对陶瓷-玻璃基密封材料的成分、颗粒尺寸、密封エ艺等方面进行改进，由此可提供良好的绝缘性，避免电堆中不同电池単元之间的短路，并实现对工作温度为500度至800度的中温平板式固体氧化物燃料电池堆的有效密封。按照本发明的ー个方面，提供了 ー种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封材料，该密封材料包括=Al2O3粉体、玻璃粉体以及作为粘结剂和增塑剂的有机添加剤，其中所述玻璃粉体由质量百分比为20% 25%的BaO、质量百分比为10% 15%的B2O3、质量百分比为20% 25%的MgO、质量百分比为10% 15%的ZnO和质量百分比为30% 35%的SiO2共同组成，其颗粒尺寸约5 10 μ m ；所述Al2O3粉体的颗粒尺寸约为I 10um。作为进ー步优选地，在所述玻璃粉体与Al2O3粉体的混合物中，玻璃粉体所占的质量百分比为40% 60%。作为进ー步优选地，所述玻璃粉体的软化点低于燃料电池的工作温度，且其熔点高于燃料电池的工作温度。按照本发明的另一方面，提供了一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封方法，该方法包括(I)密封材料的流延制备步骤将颗粒尺寸为I IOum的Al2O3和颗粒尺寸为5 10 μ m的玻璃粉体一起分散到有机溶剂中并加入粘结剂和增塑剂执行球磨，然后通过流延エ艺制备成片状素坯并切割成所需形状以备使用，其中所述玻璃粉体由质量百分比为20% 25%的BaO、质量百分比为10% 15%的B2O3、质量百分比为20% 25%的MgO、质量百分比为10% 15%的ZnO和质量百分比为30% 35%的SiO2共同组成；(2)装配步骤在由固体氧化物燃料电池和连接体交替层叠所组成的固体氧化物燃料电池堆中，将通过上述步骤制备的流延素坯切片分别铺设到各个固体氧化物燃料电池与相应的连接体之间；(3)施压和升温步骤在电池堆外部沿着垂直于流延素坯切片的方向施加压カ，并将电池堆升温至500°C至800°C的工作温度，由此完成对电池堆的密封过程。按照本发明的另一方面，提供了一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封方法，该方法包括(I)密封材料的流延制备步骤将颗粒尺寸约为f IOum的Al2O3粉体分散到有机溶剂中并加入粘结剂和增塑剂执行球磨，然后通过流延エ艺制备成片状素坯并切割成所需、形状以备使用；此外，将颗粒尺寸约为5 10 μ m的玻璃粉末分散到有机溶剂中并加入粘结剂和增塑剂执行球磨，然后通过流延工艺制备成片状素坯并切割成所需形状以备使用，其中所述玻璃粉末由质量百分比为20% 25%的BaO、质量百分比为10°/Γ 5%的B2O3、质量百分比为20% 25%的MgO、质量百分比为10% 15%的ZnO和质量百分比为30% 35%的SiO2共同组成；(2)装配步骤在由固体氧化物燃料电池及连接体交替层叠所组成的固体氧化物燃料电池堆中，将通过上述步骤制备的Al2O3切片和玻璃切片先后铺设叠合到各个固体氧化物燃料电池与相应的连接体之间；(3)施压和升温步骤在电池堆外部沿着垂直于流延素坯切片的方向施加压力，并将电池堆升温至500°C至800°C的工作温度，由此完成对电池堆的密封过程。按照本发明的另一方面，提供了一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封方法，该方法包括(I)密封材料的流延制备步骤将颗粒尺寸约为f IOum的Al2O3粉体分散到有机溶剂中并加入粘结剂和增塑剂执行球磨，然后通过流延工艺制备成片状素坯并切割成所需形状以备使用；此外，将颗粒尺寸约为5 10 μ m的玻璃粉末分散到有机溶剂中并加入粘结剂执行球磨，由此获得固含量大于80%的玻璃浆料，其中所述玻璃粉末由质量百分比为20% 25%的BaO、质量百分比为10% 15%的B2O3、质量百分比为20% 25%的MgO、质量百分比为10% 15%的ZnO和质量百分比为30% 35%的SiO2共同组成；(2)装配步骤在由固体氧化物燃料电池及连接体交替层叠所组成的固体氧化物燃料电池堆中，将通过上述步骤制备的Al2O3切片铺设到各个固体氧化物燃料电池与相应的连接体之间，然后在Al2O3切片表面涂覆所述玻璃浆料；(3)施压和升温步骤在电池堆外部沿着垂直于Al2O3切片的方向施加压力，并将 电池堆升温至500°C至800°C的工作温度，由此完成对电池堆的密封过程。作为进一步优选地，所述升温步骤中，其升温速度不高于5°C /min。作为进一步优选地，所述施加步骤中，所施加的压力不小于80kPa。作为进一步优选地，当Al2O3切片和玻璃切片配合使用时，对于铺设在各个固体氧化物燃料电池与相应连接体之间的Al2O3切片和玻璃切片而言，其总厚度不超过各个电池与相应连接件之间间隙的I. 2倍，并且玻璃切片的厚度不小于Al2O3切片的一半。作为进一步优选地，当Al2O3切片和玻璃浆料配合使用时，对于在各个Al2O3切片表面上所涂覆的玻璃浆料而言，其涂覆高度不超过Al2O3切片厚度的2倍，且其宽度不超过Al2O3切片的密封宽度的一半。总体而言，按照本发明的用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封材料及密封方法，相对于现有技术主要具有以下优点I、通过选择Al2O3和玻璃材料作为密封材料的原料，可以提供良好的绝缘性，避免电堆中不同电池单元之间的短路，尤其通过微米级氧化物颗粒，可实现颗粒的紧密堆积，减小粉体材料中孔隙的尺寸，增加其曲折度，从而实现有效的气体密封；2、通过在Al2O3中添加以上特定成分的玻璃成分，能够明显减少密封材料的漏气率，并提高玻璃和Al2O3粒间的结合强度，相应增加材料的力学性能；3、按照本发明的玻璃成分中不包含普通玻璃在高温下会挥发并毒害电极的碱金属氧化物如Na2O和K2O,因此与燃料电池电堆其他部件具有良好的化学相容性；4、按照本发明的密封方法，由于可以分别制备Al2O3-玻璃复合流延片、Al2O3和玻璃流延片以及Al2O3流延片和玻璃浆料来以不同方式执行对平板式SOFC电堆的密封，这样能够以较为灵活的方式来满足不同情况下的电堆密封并且便于操作，此外，通过对升温速度和施压压カ的限定，实践表明防止密封材料中的有机成分过于剧烈地排出，由此能进一步提高密封效果，降低漏气率。
图I是按照平板式固体氧化物燃料电池堆的结构示意图，其中显示了按照本发明的密封材料所使用的位置；图2是不同组分的玻璃-Al2O3密封材料在IOOkPa负载压力、750°C使用温度下的 漏气率测试测试结果；图3是同一种组分的玻璃-Al2O3密封材料在750°C使用温度下，漏气率与负载压力之间关系的不意图；图4是同一种组分的玻璃-Al2O3密封材料在IOOkPa负载压力下，漏气率与温度之间关系的不意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进ー步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。鉴于常规的玻璃-陶瓷密封材料在热稳定性和化学稳定性等方面存在不足，而且脆性大，使用寿命低，本发明拟通过对其组成成分进行改进来获得对固体氧化物燃料电池堆更好的密封性能。按照本发明的优选实施例，该密封材料主体由Al2O3粉体和玻璃粉体组成，使用时还需添加包含有粘结剂、塑性剂的有机添加剂作为辅助成型材料。其中玻璃颗粒的成分为BaO、B203、MgO、ZnO和SiO2，各成分所占的质量比重分别为20% 25%、10% 15%、20% 25%、10% 15%和30% 35%，其颗粒尺寸约5 10 μ Hit5Al2O3粉体的颗粒尺寸约为I 10um。通过选择Al2O3和玻璃材料作为密封材料的原料，可以提供良好的绝缘性，避免电堆中不同电池单元之间的短路。特别是，通过选择微米级氧化物颗粒，可实现颗粒的紧密堆积，减小粉体材料中孔隙的尺寸，増加其曲折度，从而实现有效的气体密封。此外，本发明中通过在Al2O3颗粒中添加以上组分的玻璃颗粒，在平板式固体氧化物燃料电池堆的工作温度下，该玻璃软化具有一定的黏度，可以将未完全烧结而仅靠机械咬合力结合在一起的的陶瓷粒子链和粒子团粘结在一起形成多孔结构的骨架，粒子链和粒子团间的玻璃在高温下具有一定的流动性，这样即使陶瓷骨架受到外力，通过粒子链和粒子团间的滑动来缓解外力作用，也能保证陶瓷骨架的完整性，从而加强陶瓷骨架的高温力学性能，使陶瓷骨架具有一定的变形能力。同时SOFC工作时，在外加载荷作用下已经软化的玻璃会渗入到陶瓷孔隙中，这样一方面玻璃会堵塞多孔陶瓷中的漏气通道，減少密封材料的漏气率；另ー方面，玻璃和陶瓷界面存在扩散甚至会发生反应，提高了玻璃和陶瓷间的结合强度，増加了材料的力学性能。
上述玻璃成分尤其不包含普通玻璃在高温下会挥发并毒害电极的碱金属氧化物如Na2O和K2O,因而与燃料电池电堆其他部件具有良好的化学相容性。以下为制备按照本发明的密封材料的一些优选实施例。实施例I，复合密封材料的制备将80g包含上述组分的玻 璃粉末和120g Al2O3粉末加入120ml鱼油、二甲苯和乙醇混合溶液，球磨24小时，使粉料充分分散为悬浊液；随后依次加入Sg 丁苄酯，8gl，2-丙二醇(PAG)，14g聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)和O. Ig环己酮，继续球磨24小时，使之形成具有一定黏度的浆料。使用真空装置除去浆料中的气泡后，将浆料流延干燥，由此制备得到复合密封材料基片。实施例2，复合密封材料的制备将120g包含上述组分的玻璃粉末和80g Al2O3粉末加入120ml鱼油、二甲苯和乙醇混合溶液，球磨24小时，使粉料充分分散为悬浊液；随后依次加入Sg 丁苄酯，8gl，2-丙二醇(PAG)，14g聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)和O. Ig环己酮，继续球磨24小时，使之形成具有一定黏度的浆料。使用真空装置除去浆料中的气泡后，将浆料流延干燥，由此制备得到复合密封材料流延片。实施例3，复合密封材料的制备将IOOg包含上述组分的玻璃粉末和IOOg Al2O3粉末加入120ml鱼油、二甲苯和乙醇混合溶液，球磨24小时，使粉料充分分散为悬浊液；随后依次加入Sg 丁苄酯，8gl，2-丙二醇(PAG)，14g聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)和O. Ig环己酮，继续球磨24小时，使之形成具有一定黏度的浆料。使用真空装置除去浆料中的气泡后，将浆料流延干燥，由此制备得到复合密封材料流延片。除了制备复合密封材料之外，还可以对Al2O3和玻璃粉末分别制作流延片，或是分别制作Al2O3流延片和玻璃浆料来配合使用。实施例4，玻璃流延片的制备将200g包含上述组分的玻璃粉末加入120ml鱼油、二甲苯和乙醇混合溶液，球磨24小时，使粉料充分分散为悬浊液；随后依次加入8g 丁苄酯，8gl，2-丙二醇(PAG)，14g聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)和O. Ig环己酮，继续球磨24小时，使之形成具有一定黏度的浆料。使用真空装置除去浆料中的气泡后，将浆料流延干燥，由此制备得到密封材料流延片。 实施例5 =Al2O3流延片的制备将200g Al2O3流加入120ml鱼油、二甲苯和乙醇混合溶液，球磨24小时，使粉料充分分散为悬浊液；随后依次加入Sg 丁苄酯，8gl，2-丙二醇(PAG)，14g聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)和O. Ig环己酮，继续球磨24小时，使之形成具有一定黏度的浆料。使用真空装置除去浆料中的气泡后，将浆料流延干燥，由此制备得到密封材料流延片。实施例6 :玻璃浆料的制备向球磨罐中依次加2g乙基纤维素、37g松油醇、将150g包含上述组分的玻璃粉末加入球磨24小时，配制成固含量譬如为85%的玻璃浆料。在按照上述配方制备例如Al2O3-玻璃的复合流延片、玻璃和Al2O3流延片或玻璃浆料之后，相应地，可根据这些密封材料以不同方式来实现对中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封。该过程主要包括装配、以及施压和升温步骤。
在ー个优选实施例，使用Al2O3-玻璃的复合流延片来实现密封。该流延片3被切割成符合尺寸要求的密封框，将带有气体通道的连接体I基座置于处于下部的第一层，在需要密封的部位铺设复合密封流延片3，随后安放SOFC电池2，使电池密封区与密封流延片3贴合，再铺设位于第二层的复合密封流延片3，然后叠放第二层连接体材料和第三层密封材料，依此类推，形成电池堆。由此，可以在由固体氧化物燃料电池和连接体交替层叠所组成的固体氧化物燃料电池堆中，将Al2O3-玻璃复合切片分别铺设到各个固体氧化物燃料电池与相应的连接体之间。最后，在电池堆外部沿着垂直于流延素坯切片也即密封面的方向施加譬如布小于80kPa的压力，并将电池堆升温至500°C至800°C的工作温度，由此完成对电池堆的密封过程。在升温过程中，升温速度被控制譬如为5°C /min，这是因为对于密封材料的有机成分(辅助成型材料)而言，将在升温过程中挥发或氧化，其形态将从固体变为气体。为防止有机成分的排出过于剧烈，需要以较为缓慢的速度升温，经过大量实践表明其升温速度不高于5V /min是更为合适的。在另外ー个优选实施例中，配合使用Al2O3和玻璃的流延片来实现密封。首先，将分别制得的Al2O3和玻璃流延片切割成符合尺寸要求的密封框，将带有气体通道的连接体基座置于第一层，在需要密封的部位依次铺设Al2O3密封框和玻璃密封框，其高度保证电池优先与密封框接触，电极表面与集流器不紧密接触或略有距离。随后在玻璃密封框表面安放SOFC电池，使电池与其贴合，对第二层连接体密封区做同样处理，依次铺设Al2O3密封框和玻璃密封框，随后将其安放在电池另ー侧，形成连接体/Al2O3/玻璃/电池/玻璃/Al2O3/连接体结构，再铺设第三层密封材料，依此类推，形成电池堆。在铺设过程中，对于铺设在各个固体氧化物燃料电池与相应连接体之间的Al2O3切片和玻璃切片而言，其总厚度不超过各个电池与相应连接件之间间隙的I. 2倍，并且玻璃切片的厚度不小于Al2O3切片的一半，经过试验和工作表明，在上述数值范围内，电堆在工作温度下，玻璃切片的厚度会因为玻璃的软化而收缩，而Al2O3切片厚度保持不变，由此使得连接体与电池之间的间隙减小形成良好的电接触，同时保持有效密封。最后，在电池堆外部垂直于两个流延切片的方向也即密封面方向施加譬如不小于80kPa压力，并按2V /min的升温速度升温至固体氧化物燃料电池工作温度。在另外ー个优选实施例中，也可以配合使用Al2O3流延切片和玻璃浆料来实现密封。首先，将流延制备的Al2O3密封流延片切割成要求尺寸的密封框，将带有气体通道的连接体基座置于第一层，在需要密封的部位铺设Al2O3密封框，随后在密封框上涂覆所制备的玻璃密封浆料，譬如可以使其涂覆高度大于1mm，宽度小于密封框宽度的1/2。然后安放SOFC电池，使电池与浆料贴合，对第二层连接体密封区做同样处理，铺设密封材料，涂覆密封浆料，随后将其安放在电池另ー侧，形成连接体/Al2O3密封流延片/玻璃浆料/电池/玻璃浆料/Al2O3密封流延片/连接体多层结构，再铺敷第三层密封材料，依此类推，形成电池堆。最后，在电池堆外部垂直于Al2O3密封流延切片或涂覆面的方向也即密封面方向施加不小于80kPa压力，等待玻璃浆料挤出，刮除多余浆料后，按3°C /min的升温速度升温至固体氧化物燃料电池工作温度。在铺涂过程中，当Al2O3切片和玻璃浆料配合使用吋，对 于在各个Al2O3切片表面上所涂覆的玻璃浆料而言，其涂覆高度不超过Al2O3切片厚度的2倍，且其宽度不超过Al2O3切片的密封宽度的一半。经过大量试验和工作实践表明，通过对涂覆方式进行进一步的具体限定，电堆在从室温到工作温度的整个温度范围内，能够有效填补密封面上的微小间隙，同时便于在随后的挤压操作中排出多余的浆料，由此保证电堆的有效密封。图2是不同组分的玻璃-Al2O3密封材料在IOOkPa负载压力、750°C使用温度下的漏气率测试测试结果，图3是同一种组分的玻璃-Al2O3密封材料在750°C使用温度下，漏气率与负载压力之间关系的示意图，图4是同一种组分的玻璃-Al2O3密封材料在IOOkPa负载压力下，漏气率与温度之间关系的示意图，，其中AD20表示由两者质量百分比为20%和80%的玻璃粉末和Al2O3粉末来构成主要成分的密封材料，AD30表示由两者质量百分比为30%和70%的玻璃粉末和Al2O3粉末来构成主要成分的密封材料，AD40表示由两者质量百分比为40%和60%的玻璃粉末和Al2O3粉末来构成主要成分的密封材料，AD50表示由两者质量百分比为50%和50%的玻璃粉末和Al2O3粉末来构成主要成分的密封材料，AD60表示由两者质量百分比为60%和40%的玻璃粉末和Al2O3粉末来构成主要成分的密封材料。如图2中所 示，可以看出，当玻璃粉体与Al2O3粉体的两者质量百分比低于40%时，漏气率明显变差；而当玻璃粉体与Al2O3粉体的两者质量百分比高于60%时，Al2O3粉体不能够有效形成骨架来支撑玻璃粉体，相应会影响到漏气率。因此，本申请中将玻璃粉体与Al2O3粉体的混合物中，玻璃粉体所占的质量百分比具体限定为40%飞0%，由此能够保证对SOFC电堆的有效密封。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封材料，该密封材料包括=Al2O3粉体、玻璃粉体以及作为粘结剂和增塑剂的有机添加剂，其中 所述玻璃粉体由质量百分比为20% 25%的BaO、质量百分比为10% 15%的B2O3、质量百分比为20% 25%的MgO、质量百分比为10°/Γ15%的ZnO和质量百分比为30% 35%的SiO2共同组成，其颗粒尺寸约5 10 μ m ； 所述Al2O3粉体的颗粒尺寸约为I 10um。
2.如权利要求I所述的用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封材料，其特征在于，在所述玻璃粉体与Al2O3粉体的混合物中，玻璃粉体所占的质量百分比为40%飞0%。
3.如权利要求I或2所述的用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封材料，其特征在于，所述玻璃粉体的软化点低于燃料电池的工作温度，且其熔点高于燃料电池的工作 温度。
4.一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封方法，该方法包括 Cl)密封材料的流延制备步骤将颗粒尺寸为f IOum的Al2O3和颗粒尺寸为5 10 μ m的玻璃粉体一起分散到有机溶剂中并加入粘结剂和增塑剂执行球磨，然后通过流延工艺制备成片状素坯并切割成所需形状以备使用，其中所述玻璃粉体由质量百分比为209Γ25%的BaO、质量百分比为10% 15%的B2O3、质量百分比为20% 25%的MgO、质量百分比为10% 15%的ZnO和质量百分比为30°/Γ35%的SiO2共同组成； (2)装配步骤在由固体氧化物燃料电池和连接体交替层叠所组成的固体氧化物燃料电池堆中，将通过上述步骤制备的流延素坯切片分别铺设到各个固体氧化物燃料电池与相应的连接体之间； (3)施压和升温步骤在电池堆外部沿着垂直于流延素坯切片的方向施加压力，并将电池堆升温至500°C至800°C的工作温度，由此完成对电池堆的密封过程。
5.一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封方法，该方法包括 (1)密封材料的流延制备步骤将颗粒尺寸约为fIOum的Al2O3粉体分散到有机溶剂中并加入粘结剂和增塑剂执行球磨，然后通过流延工艺制备成片状素坯并切割成所需形状以备使用；此外，将颗粒尺寸约为5 10 μ m的玻璃粉末分散到有机溶剂中并加入粘结剂和增塑剂执行球磨，然后通过流延工艺制备成片状素坯并切割成所需形状以备使用，其中所述玻璃粉末由质量百分比为20% 25%的BaO、质量百分比为10°/Γ 5%的B2O3、质量百分比为.20% 25%的MgO、质量百分比为10°/Γ15%的ZnO和质量百分比为30% 35%的SiO2共同组成； (2)装配步骤在由固体氧化物燃料电池及连接体交替层叠所组成的固体氧化物燃料电池堆中，将通过上述步骤制备的Al2O3切片和玻璃切片先后铺设叠合到各个固体氧化物燃料电池与相应的连接体之间； (3)施压和升温步骤在电池堆外部沿着垂直于流延素坯切片的方向施加压力，并将电池堆升温至500°C至800°C的工作温度，由此完成对电池堆的密封过程。
6.一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封方法，该方法包括 (I)密封材料的流延制备步骤将颗粒尺寸约为f IOum的Al2O3粉体分散到有机溶剂中并加入粘结剂和增塑剂执行球磨，然后通过流延工艺制备成片状素坯并切割成所需形状以备使用；此外，将颗粒尺寸约为5 10 μ m的玻璃粉末分散到有机溶剂中并加入粘结剂执行球磨，由此获得固含量大于80%的玻璃浆料，其中所述玻璃粉末由质量百分比为209Γ25%的BaO、质量百分比为10% 15%的B2O3、质量百分比为20%~25%的MgO、质量百分比为10% 15%的ZnO和质量百分比为30°/Γ35%的SiO2共同组成； (2)装配步骤在由固体氧化物燃料电池及连接体交替层叠所组成的固体氧化物燃料电池堆中，将通过上述步骤制备的Al2O3切片铺设到各个固体氧化物燃料电池与相应的连接体之间，然后在Al2O3切片表面涂覆所述玻璃浆料； (3)施压和升温步骤在电池堆外部沿着垂直于Al2O3切片的方向施加压力，并将电池堆升温至500°C至800°C的工作温度，由此完成对电池堆的密封过程。
7.如权利要求4-6任意一项所述的密封方法，其特征在于，所述升温步骤中，其升温速度不高于5°C /min。
8.如权利要求4-7任意一项所述的密封方法，其特征在于，所述施加步骤中，所施加的压カ不小于80kPa。
9.如权利要求5所述的密封方法，其特征在干，当Al2O3切片和玻璃切片配合使用吋，对于铺设在各个固体氧化物燃料电池与相应连接体之间的Al2O3切片和玻璃切片而言，其总厚度不超过各个电池与相应连接件之间间隙的I. 2倍，并且玻璃切片的厚度不小于Al2O3切片的一半。
10.如权利要求6所述的密封方法，其特征在干，当Al2O3切片和玻璃浆料配合使用吋，对于在各个Al2O3切片表面上所涂覆的玻璃浆料而言，其涂覆高度不超过Al2O3切片厚度的2倍，且其涂覆宽度不超过Al2O3切片宽度的一半。
全文摘要
本发明公开了一种用于中温平板式固体氧化物燃料电池堆的密封材料，该密封材料包括Al2O3粉体、玻璃粉体以及作为粘结剂和增塑剂的有机添加剂，其中玻璃粉体由质量百分比为20%~25%的BaO、质量百分比为10%~15%的B2O3、质量百分比为20%~25%的MgO、质量百分比为10%~15%的ZnO和质量百分比为30%~35%的SiO2共同组成，其颗粒尺寸约5～10μm；Al2O3粉体的颗粒尺寸约为1～10um。本发明还公开了使用该密封材料来密封中温平板式固体氧化物燃料电池堆的方法。按照本发明，可实现密封颗粒的紧密堆积，减少密封材料的漏气率，增加材料的力学性能，并以便于操作和加工的密封方式来而实现有效的气体密封。
文档编号C03C12/00GK102723448SQ20121016050
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者方大为, 李箭, 池波, 王晓鹏, 罗军, 蒲键, 颜冬 申请人:华中科技大学