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中温固体氧化物燃料电池(Intermediate-temperature Solid Oxide Fuel Cells,IT-SOFCs)因其绿色无污染、能量转化率高的优点,已成为能源研究领域的热点之一。近年来,平板式SOFC正在逐步向商业化迈进,为了获得输出功率密度高且稳定的SOFC堆,致密且稳定的封接材料必不可少。目前SOFC封接玻璃材料常用的是富钡硼铝硅酸盐玻璃体系,但此封接玻璃体系在SOFC电池堆长期运行过程中易析出多种不同的晶体,并有部分晶体在一定的热处理后伴随着晶型转变,晶体的析出及其晶型转变会降低玻璃的热膨胀系数(thermal expansion coefficient,CTE),导致密封失效。除此之外,玻璃在制备的过程中,可能出现过烧现象,产生大量无规则孔洞,破坏了封接材料的致密度,影响封接性能。针对以上两个问题,本文主要采用三种方式对BaO-CaO-Al2O3-B2O3-SiO2(BCABS)系封接玻璃的性能进行优化。(1)以实验室前期研究的BCABS系封接玻璃配方为基础,按照Ba/Sr的摩尔比=3:0、2:1、1:2、0:3,用SrO逐步取代组分中的BaO,利用传统熔融法分别得到Sr0、Sr1、Sr2、Sr3样品。拉曼光谱、热膨胀系数、粘度等测试结果表明:SrO的引入,将 Sr0 玻璃的 CTE(9.86×10-6℃-1)分别降低到 9.5×10-6、9.57×10-6 和9.75×10-6℃-1,其Tg、Ts以及粘度都有明显的增高,提高了玻璃的网络结构;XRD测试结果表明SrO的引入可在一定程度上抑制六方钡长石的晶型转变,并且完全不含氧化钡的Sr3样品在热处理前后始终保持非晶态,提高了封接玻璃的稳定性,说明混合碱土金属效应有利于抑制玻璃的析晶及晶型转变。根据高温显微镜以及SEM图可知,Sr3基本避免了 Sr0中过烧现象的发生,相对致密,且与Ni-YSZ以及8YSZ电解质之间的结合性能良好。(2)以实验室前期研究的BCABS系封接玻璃配方为基础,调整原料中Al2O3的含量,分别为0、3、6、9、12wt.%,得到A0、A3、A6、A9、A12样品。结果表明:Al2O3的加入能够促进玻璃网络的连接,使得玻璃热处理前的CTE随着Al2O3含量的增加而减小,在工作温度时的粘度增大,转化温度和析晶温度增大。XRD结果显示,当Al2O3含量为0 wt.%时,玻璃经热处理后析出Ba1.55Ca0.45SiO4晶体;当Al2O3含量为3 wt.%时,主要析出钡长石和Ba1.55Ca0.45SiO4晶体,结合XRD与CTE结果分析可知,热处理过程中晶体的析出降低了玻璃的热膨胀系数;当氧化铝含量≥6 wt.%时,其热处理后依然保持非晶态,因此当Al2O3含量为6～12 wt.%时,在一定程度上提高了玻璃的热稳定性,但SEM显示出有极少量气孔存在,会提高玻璃热处理后的热膨胀系数。(3)利用溶胶-凝胶法能够增进化学均匀性的特点,可改善RO-Al2O3-B2O3-SiO2(R=BaO、CaO、SrO)系玻璃内部的不均匀问题。以上述实验中四组玻璃(Sr0、Sr1、Sr2、Sr3)为基础配方,改变制备工艺,分别得到S-Sr0、S-Sr1、S-Sr2、S-Sr3样品,对比不同工艺制备样品的性能差异。在前期探索性实验中确定了最佳工艺参数:R=2.5(R 络合比=[CH3COOH]/[TEOS])、W=60(W 水解率=[H2O]/[TEOS])、pH小于2时,为制备出性能优良的封接玻璃提供理论基础,而且降低了最高烧成温度。结果表明,经800-10min,700-50h的热处理后S-Sr0、S-Sr1中有晶相的析出;S-Sr2、S-Sr3未析出晶相,其中S-Sr2在固相法制备时析出了晶相,经对比说明溶胶-凝胶法可提高玻璃的稳定性。CTE结果显示四种玻璃在热处理前后的CTE均小于相应固相法玻璃的CTE,促进了玻璃网络的连接,其中只有S-Sr0样品的CTE在热处理前后均符合封接材料的应用要求,热处理前为9.32×10-6℃-1,热处理后为9.17×10-6℃-1,与固相法相比提高了热稳定性。