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金属连接件是平板式SOFC电池堆的重要元部件,其性能对电池堆的功率密度、寿命等具有重要的影响。金属连接件在电池堆的运行环境中存在着高温氧化,铬挥发造成SOFC阴极中毒等问题。本文从连接件的作用以及合金连接件存在的问题出发,主要开展了以下几方面的研究工作:
采用高温热膨胀测试仪对IC-1和IC-2两种不锈钢进行测试,结果表明在850℃时,IC-1和IC-2的热膨胀系数分别为l2.7×10-6K-1和11.5×10-6K-1,均适用于以YSZ为电解质的固体氧化物燃料电池堆的中间连接件。通过氧化增重实验,拟和得出IC-I和IC-2合金的氧化增重曲线符合抛物线规律,其氧化增重动力学常数分别为8.8×10-12g2·cm-4·s-1和3.3×10-12g2·cm-4·s-1,表明两者都具有较好的抗高温氧化性能。通过SEM和XRD分析方法对两种不锈钢的氧化层进行分析,发现两者氧化层形貌相似,而且均由Cr2O3和Mn1.5Cr1.5O4两种氧化物组成,可以有效地阻止氧化反应。
对SOFC金属连接件表面进行涂层主要采用等离子喷涂和湿法喷涂两种方法。从涂层的表面形貌、物相、高温抗氧化性和高温电阻等方面进行比较,结果表明等离子喷涂的LSM涂层更加致密,电导性能也更加优异。等离子喷涂LSM涂层的两种不锈钢在850℃的面电阻均在100mΩ·cm2以下,湿法喷涂LSM涂层的IC-2的面电阻为100mΩ·cm2,而湿法喷涂LSM涂层的IC-1的面电阻为350mΩ·cm2左右。
采用等离子喷涂对IC-1进行LSM涂层加工,将其应用到电池堆中,并对其各部分的电阻进行了测试。在SOFC电池堆运行550h,8A恒流放电过程中,阳极连接件、阴极连接件、阳极集流板、阴极集流板在还原性气氛和氧化性气氛下均比较稳定,其面电阻ASR分别为0.05mΩ·cm2、0.2mΩ·cm2、0.4mΩ·cm2和0.3mΩ·cm2。两单元电池堆进行15次热循环,单次热循环衰减速率小于1%,表明金属连接件可以应用于SOFC电池堆。