中高温固体氧化物燃料电池用封接玻璃的研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究背景

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。燃料电池不受卡诺循环效率的限制,因此效率高;而且燃料电池用燃料和氧气作为原料,同时没有机械传动部件,所以没有噪声污染,排放出的有害气体也极少,从现如今大力推进节约能源和保护生态环境的角度来看,燃料电池是最有发展前途的发电技术。

近年来,国内外对于燃料电池的各个领域做了大量研究,对燃料电池不同组件(阳极、阴极、电解质、连接板、封接材料)的制备-结构-性能有了较为全面的认识,并对其各个元件在长时间运行下微观结构和格接触界面产生的变化和反应进行了深入的研究,为燃料电池的长期运行和发展提供了深厚的理论和实践基础。现如今,对于阳极、阴极、电解质、连接板组件的研究已经较为深入,足以保持各组件物理化学性能在中高温环境下长时间运行的要求。但是,对于燃料电池的封接材料方面的研究还较少,限制了SOFC的快速发展和广泛应用。目前,对于封接材料的研究主要分为刚性封接材料,压缩封接材料和柔性封接材料,其中玻璃和微晶玻璃被认为是最具有优越性能的封接材料。因为玻璃和微晶玻璃作为封接材料具有以下优点:(1)玻璃在软化温度点以上软化具有一定的流动能力,与电池组件能够贴合紧密达到良好的密封效果;(2)能够调节玻璃组分来达到与不同材料界面相匹配的效果,以获得所需的封接性能;(3)制备成本较低,性价比高,封装和使用较为灵活。

在现如今的生产活动中,通常以SiO2、B2O3、P2O5或两者复合(SiO2 B2O3、SiO2 P2O5)为玻璃网络形成体,然而在封接玻璃中,当B2O3作为网络形成体时,B2O3会产生挥发,与阳极或阴极发生化学反应,降低电池输出功率;而当P2O5作为网络形成体时,P2O5也极易产生挥发,造成玻璃热稳定性变差,与燃料电池元件粘合强度降低,与电池电极发生反应等一系列问题,所以大部分研究都是针对硅酸盐基础体系和硼硅酸盐基础体系封接玻璃进行的。

1.2研究目的

通过研究发现,在R2O-CaO-SiO2-F系统微晶玻璃中,随着CaO含量的增加,导致微晶玻璃析晶速率加快,晶粒尺寸变大,出现不合理的微观结构,进而导致力学性能的降低。而李金平等人发现MgO-CaO-A12O3-SiO2体系微晶玻璃,可以满足低膨胀封接材料的基本要求,而且当MgO与CaO质量比为12:4时,玻璃的析晶活化能最小。

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