SUS430连接体LSM涂层的制备及性能研究

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固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)由于能量转化率高、燃料适用性广以及环境友好等特点被视为极具潜力的发电能源。连接体是SOFC电堆中一个重要的组件,具有收集电流,连接电堆中相邻单电池的阴极和阳极,分配气体以及阻隔燃料和空气等作用。随着阳极支撑型SOFC的发展和电解质的薄膜化,SOFC的工作温度逐渐降低。采用低成本的合金材料作为SOFC的连接体材料成为可能。在众多的合金材料中,SUS430是最具代表的候选材料之一。但是,合金高温氧化抗力的不足以及伴随氧化的Cr挥发产生阴极中毒严重限制了其在SOFC中的应用。迄今为止,金属连接体材料仍然是SOFC技术中一个急需克服的瓶颈问题。在合金表面施加抗氧化涂层是解决此问题的一个有效办法。本文采用溶胶-凝胶法制备了SUS430金属连接体的La0.8Sr0.2MnO3抗氧化涂层。对合金涂层的制备工艺进行了研究。通过合金不同表面处理方式的对比研究发现,将试样表面用粗细砂纸依次打磨,然后放入柠檬酸中浸泡后的合金表面润湿性比较好,有利于涂层的涂覆。通过柠檬酸与金属离子的摩尔比(MRCM)对溶胶的影响的实验发现,MRCM为1.5时有利于涂层的制备。通过浸渍次数对涂层显气孔率的影响实验发现,随着浸渍次数的增加,涂层显气孔率的降低,浸渍6次后,LSM涂层的显气孔率降低了56%。通过对不同烧成制度下涂层微观形貌的分析发现,在保护气850℃下煅烧成合金涂层颗粒大小比较均匀,轮廓清晰,没有明显的开口气孔,相对致密,涂层的厚度为41.16μm左右,没有发现明显裂纹和氧化膜剥落现象,具有较好的表面形貌。在本文中对LSM合金涂层进行了性能研究。通过对涂层氧化10h后的微观形貌进行观察发现,在850℃烧成的合金涂层,在850℃下氧化10h后涂层没有明显变化。涂层表面仍然比较平整致密,只是产生了少量的氧化物颗粒。表明涂层有较好的保护性能,降低了合金的氧化速率。通过N2下,850℃下烧成的合金涂层氧化前XRD和氧化100h后的XRD对比发现,在氧化100h后涂层的物相没有明显变化,物相仍然是LSM相和基体相。通过氧化动力学研究发现,涂覆涂层的SUS430合金的中温抗氧化能力显著提高。在850℃烧成的涂层合金抗氧化性能最好,氧化速率常数为9.8×10-15g2/(cm4. S)。通过对合金的导电性能评估发现,在N2下850℃下烧成的合金测得在800℃空气中氧化500h面比电阻分别约为:3.08mΩ·cm2。推算出在4×104h后的ASR为3.08mΩ·cm2。满足SOFC对连接体的导电的需求。
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