專利名稱：一種固體氧化物燃料電池用密封材料及密封方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于元器件密封材料及密封方法，用于固體氧化物燃料電池的密封。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效、無污染的發(fā)電裝置，目前，SOFC的結(jié)構(gòu)主要有平板式、管式和瓦楞式三種。平板式SOFC具有元件制造和裝配簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低和功率密度高等特點(diǎn)，其性價(jià)比優(yōu)于管式和瓦楞式SOFC，是國(guó)內(nèi)外發(fā)展的焦點(diǎn)。平板式SOFC主要組成部分為由電解質(zhì)材料兩側(cè)復(fù)合陰極和陽極構(gòu)成的電化學(xué)電池單體、帶有氣體通道的金屬連接體以及位于電池單體和金屬連接體之間的密封材料。為將燃料氣體中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，SOFC電池單體的陽極側(cè)必須暴露于燃料氣體，陰極側(cè)必須暴露在空氣中，并且所有組件都處在600℃或更高溫度環(huán)境中。為確保SOFC的正常工作，密封材料必須提供足夠的氣密性，保證兩種工作氣體不發(fā)生混合；必須在電池單體和金屬連接體之間提供充分的電絕緣性。此外，密封材料最好還具備長(zhǎng)期的穩(wěn)定性、耐熱循環(huán)性、與相鄰組件間的化學(xué)兼容性以及制造成本低、可靠性高等特征。
目前，平板式SOFC的密封方法主要有兩種，硬密封和壓密封。硬密封是指密封材料與SOFC組件間進(jìn)行硬連接、封接后密封材料不能產(chǎn)生塑性變形的密封方式，其優(yōu)勢(shì)是氣密性好。這類密封材料以玻璃和玻璃-陶瓷材料為代表。玻璃和玻璃-陶瓷基密封材料易于規(guī)模制備、封接簡(jiǎn)單、成本低廉，同時(shí)也存在一些不可避免的缺陷。玻璃或玻璃-陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)和相鄰組件不能完全匹配，在熱循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，由于玻璃自身的脆性，會(huì)導(dǎo)致破裂并失效。玻璃屬于熱力學(xué)非穩(wěn)定相，在長(zhǎng)期高溫條件下，有向更穩(wěn)定晶相轉(zhuǎn)變(晶化)的趨勢(shì)，由此可能帶來體積、熱膨脹系數(shù)、內(nèi)應(yīng)力等的變化，使用壽命將大為縮短。玻璃和玻璃-陶瓷材料與電池單體的化學(xué)相容性也存在不足，有研究表明玻璃材料中包含的堿金屬元素會(huì)毒化陰極，導(dǎo)致SOFC功率下降。
壓密封是指通過借助外力將密封材料和待密封的部件壓緊來實(shí)現(xiàn)密封，其優(yōu)勢(shì)是密封材料與相鄰組件間不需要精確的熱匹配?，F(xiàn)有技術(shù)中采用壓密封方式的密封材料主要有云母和陶瓷氈。云母需要較大的外加壓力才能提供充分的密封，但實(shí)際操作中過大的外加壓力有可能損害到電池單體的電解質(zhì)層?，F(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了一些云母基復(fù)合材料，如在云母和相鄰組件間的界面處添加玻璃層或柔性的銀箔，以及向云母中浸漬某些相。盡管這些技術(shù)提高了云母在較小外加壓力下的氣密性，但是都增加了密封的復(fù)雜性。云母基密封材料最大的問題是會(huì)向電池中滲漏礦物質(zhì)，使催化劑中毒。陶瓷氈或浸漬了大量細(xì)小固體顆粒的陶瓷氈同樣需要較大外加壓力才能提供足夠的密封。另外，由于該密封材料生產(chǎn)過程中的不一致性，很難保證有效密封的形成。
因此，本領(lǐng)域需要一種適合工業(yè)生產(chǎn)控制、質(zhì)量穩(wěn)定可靠的SOFC密封材料，以緩解現(xiàn)有技術(shù)的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種固體氧化物燃料電池用密封材料，目的在于在SOFC工作環(huán)境下化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性好，且密封可靠性高，并克服現(xiàn)有壓密封材料中存在的問題，同時(shí)提供使用該材料的密封方法，適用于平板式SOFC及其它類似的陶瓷和金屬的密封。
本發(fā)明的固體氧化物燃料電池用密封材料，包含固體顆粒和有機(jī)粘結(jié)劑及增塑劑或者固體顆粒、陶瓷纖維和有機(jī)粘結(jié)劑及增塑劑，其特征在于(1)固體顆粒與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～40；(2)固體顆粒+陶瓷纖維與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～40，其中陶瓷纖維占固體顆粒與陶瓷纖維總質(zhì)量的百分比為5～20％；(3)所述固體顆粒為陶瓷顆粒，或者陶瓷顆粒與金屬微粉、玻璃微粉之中的一種或兩種，金屬微粉質(zhì)量在固體顆?？傎|(zhì)量中的比例為5～30％，玻璃微粉或玻璃微粉+金屬微粉的質(zhì)量在固體顆?？傎|(zhì)量中的比例為5～35％；(4)所述陶瓷顆粒為氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦或者氧化鎂中一種或兩種；所述金屬微粉為鋁、鈦、鎂或硅中一種或兩種，其中至少有一種金屬的氧化物與所選陶瓷顆粒中的一個(gè)組分相同；所述玻璃微粉在SOFC工作溫度軟化、但不凝聚，其中氧化鈉和氧化鉀總含量小于0.3％；(5)所述陶瓷纖維為氧化鋁陶瓷纖維或者氧化鋁-氧化硅陶瓷纖維中的一種或兩種；(6)尺寸在0.5～6μm范圍的固體顆粒占固體顆?？傎|(zhì)量的比例≥80％；(7)直徑小于3μm的陶瓷纖維占陶瓷纖維總質(zhì)量的比例≥75％。
所述的固體氧化物燃料電池用密封材料，其特征在于所述固體顆粒由兩部分平均尺寸不同的固體顆粒組成，質(zhì)量比為平均尺寸大的固體顆粒60～80％，平均尺寸小的固體顆粒20～40％，大顆粒平均尺寸為小顆粒平均尺寸的3倍以上。
所述的固體氧化物燃料電池用密封材料，其特征在于(1)固體顆粒與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～28；(2)固體顆粒+陶瓷纖維與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～28；(3)陶瓷纖維占固體顆粒與陶瓷纖維總質(zhì)量的百分比為10～15％；(4)金屬微粉質(zhì)量在固體顆?？傎|(zhì)量中的比例為10～20％；玻璃微粉的質(zhì)量在固體顆粒總質(zhì)量中的比例為10～25％；玻璃微粉+金屬微粉的質(zhì)量在固體顆粒總質(zhì)量中的比例為15～25％。
所述的固體氧化物燃料電池用密封材料，其特征在于尺寸小于3μm的固體顆粒占固體顆?？傎|(zhì)量的比例≥60％。
所述的固體氧化物燃料電池用密封材料，其特征在于金屬微粉和玻璃微粉的平均顆粒尺寸小于陶瓷顆粒的平均顆粒尺寸。
使用所述固體氧化物燃料電池用密封材料的密封方法，包括(1)材料準(zhǔn)備步驟，將所述密封材料切割成要求尺寸的密封片；(2)裝配步驟，將密封片直接鋪敷于電池堆中需要密封的區(qū)域，按連接體基座、密封片、電池單體、密封片、連接體、密封片、電池單體、密封片、連接體順序，依此類推，形成電池堆；(3)加壓步驟，在垂直于密封面方向上向電池堆最外層的連接體施加150～700Kpa壓力；(4)升溫步驟，將裝配好的電池堆緩慢升溫至固體氧化物燃料電池工作溫度，升溫速度1～3℃/min。
所述使用固體氧化物燃料電池用密封材料的密封方法，其特征在于(1)所述材料準(zhǔn)備步驟中，切割成密封片后，置于壓力機(jī)進(jìn)行預(yù)壓，壓力為5～30Mpa，保壓5～10min；(2)所述裝配步驟過程為在帶有氣體通道的連接體基座上、欲放置電池單體的位置鋪敷第一層密封片，再放上電池單體，電池單體的周邊壓在該層密封片上，再在電池單體的周邊鋪敷第二層密封片，然后放上第二層連接體，其上再鋪敷第三層密封片，依此類推，形成電池堆；(3)所述升溫步驟中，升溫速度為1～1.5℃/min；或者升溫速度為1.5～3℃/min，在200℃保溫1～2h。
所述的固體氧化物燃料電池用密封材料制備過程為根據(jù)所述固體顆?；蛘吖腆w顆粒和陶瓷纖維的原料配比，稱量所需原料；向球磨罐中依次加入陶瓷磨球、溶劑及分散劑，再加入原料，球磨，使原料充分分散，然后依次加入有機(jī)粘結(jié)劑及增塑劑，再次球磨，使之形成穩(wěn)定的、粘度適中的漿料；對(duì)漿料進(jìn)行真空除氣處理，然后流延，在25℃左右自然干燥一段時(shí)間后即可得到所述密封材料。
本發(fā)明的密封材料要求厚度均勻，便于按所需形狀切割或沖片，以及具有較好的柔韌性。只有密封材料具有較好的柔韌性，才容易實(shí)現(xiàn)在較小的外加壓力下與相鄰組件緊密配合，即使電池單體或連接體表面存在一定的粗糙度，密封材料可以變形并與之相適應(yīng)，從而可以保證獲得良好的密封效果。
本發(fā)明密封材料中的有機(jī)成分在升溫過程中會(huì)被燒掉，余下的全部或大部分都為陶瓷顆粒，金屬微粉會(huì)逐漸氧化生成穩(wěn)定的陶瓷相，玻璃也能在SOFC工作環(huán)境中穩(wěn)定存在。這些特征決定了它們?cè)赟OFC工作環(huán)境中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性。
本發(fā)明的密封材料不能提供完全密閉的密封，為了實(shí)現(xiàn)有效的密封，必須盡可能減小材料中漏氣通道的尺寸和增加氣體泄漏途徑的曲折度。因此，所選的固體顆?；蛱沾衫w維盡可能滿足最緊密堆積，并盡可能減小固體顆粒或陶瓷纖維的尺寸。另外，考慮到顆粒減小到一定程度，如0.5μm以下，容易發(fā)生團(tuán)聚，影響顆粒的緊密堆積，給材料制備過程中的分散過程帶來困難。本發(fā)明中全部或大部分固體顆粒和陶瓷纖維均具有微米或亞微米級(jí)別的尺寸，其中尺寸在0.5～6μm范圍的固體顆粒占固體顆?？傎|(zhì)量的比例≥80％；固體顆粒中可以包含平均顆粒尺寸較大及平均顆粒尺寸較小兩部分，以便顆粒尺寸較小的部分能填充到顆粒尺寸較大部分顆粒的間隙中。
陶瓷纖維的加入是有利于提高材料的力學(xué)性能的。但是，從最緊密堆積考慮，材料中陶瓷纖維的加入量應(yīng)盡量小。
為進(jìn)一步提高材料密封的可靠性，本發(fā)明提供兩種基本途徑(1)添加金屬微粉，一方面利用金屬的反應(yīng)鍵合將數(shù)個(gè)陶瓷顆粒連接成交錯(cuò)咬合的粒子鏈或形狀不規(guī)則的粒子團(tuán)，提高了材料的斷裂能，另一個(gè)方面，金屬氧化時(shí)存在一定的體積膨脹，可以堵塞部分漏氣通道，有利于提升材料的密封效果。但考慮到添加金屬可能影響到材料的電絕緣性，選用金屬微粉質(zhì)量在固體顆?？傎|(zhì)量中的比例應(yīng)小于30％。(2)添加玻璃微粉，由于所選玻璃在SOFC工作溫度會(huì)軟化，在外加壓力作用下，陶瓷顆?？梢澡偳对诓Ａ嘀?，不僅提高了材料的斷裂能，而且提高了材料的致密程度，從而可以提升材料密封的可靠性?？紤]到玻璃微粉加入量過多時(shí)，一些出現(xiàn)在玻璃-陶瓷材料中的問題也會(huì)顯現(xiàn)出來，因而選用玻璃微粉的質(zhì)量在固體顆粒總質(zhì)量中的比例應(yīng)小于35％。
在用于SOFC堆中之前可以進(jìn)一步對(duì)密封片進(jìn)行預(yù)壓。由于預(yù)壓步驟所加壓力可以達(dá)到數(shù)十兆帕以上，密封片的致密度可以得到大幅度提高，但是，過大的預(yù)壓壓力可能造成密封片從壓機(jī)上取下時(shí)出現(xiàn)困難，因此預(yù)壓壓力一般控制在5～30Mpa，并保壓5～10min。
本發(fā)明的密封材料的密封效果與外加壓力有較大關(guān)系，通常外加壓力越大，密封效果越好。在150～700Kpa外加壓力條件下，本發(fā)明的密封材料的漏氣率通常會(huì)小于0.1mL/min/cm，添加金屬微粉或玻璃微粉的密封材料漏氣率會(huì)更低一些。由于陶瓷顆粒在SOFC工作溫度并未燒結(jié)，材料可以小幅彎曲，遇膨脹或收縮也不會(huì)破裂，即使與相鄰組件間存在熱差異時(shí)，顆?？梢韵嗷セ瑒?dòng)，而不損害材料密封的有效性。
本發(fā)明的密封材料化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性好，制備方法簡(jiǎn)單，適宜工業(yè)化生產(chǎn)；使用時(shí)裝配簡(jiǎn)單，在較小外加壓力下即能與相鄰組件緊密匹配，密封性能良好，即使與相鄰組件間存在一定熱失配，也能保持良好的密封能力。


圖1是一種平板式SOFC堆密封的結(jié)構(gòu)示意圖，展示了本發(fā)明密封材料的位置；圖2是全部由平均粒徑為3μm的氧化鋁顆粒構(gòu)成的密封材料使用后在2000倍下的掃描電子顯微鏡照片；圖3是由80wt％平均粒徑為3μm的氧化鋁顆粒和20wt％平均粒徑為1.5μm的鋁微粉構(gòu)成的密封材料使用后在2000倍下的掃描電子顯微鏡照片；圖4是由80wt％平均粒徑為3μm的氧化鋁顆粒和20wt％平均直徑為2μm的氧化鋁陶瓷纖維構(gòu)成的密封材料使用后在2000倍下的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1～20的原料質(zhì)量配比見表1～3。
表1陶瓷顆粒、金屬微粉、有機(jī)粘結(jié)劑及增塑劑的配比


注表中所給固體顆粒粒徑均為固體顆粒的平均粒徑。
表2陶瓷顆粒、金屬微粉、玻璃微粉、有機(jī)粘結(jié)劑及增塑劑的配比

注表中所給固體顆粒粒徑均為固體顆粒的平均粒徑。*1指此處的玻璃為BaO-Al2O3-CaO-SiO2玻璃，在SOFC工作溫度軟化、但不凝聚，其中BaO、Al2O3、CaO和SiO2所占的質(zhì)量比重分別為40.8％、2.5％、8.4％和35.3％；不含氧化鈉和氧化鉀。
表3陶瓷顆粒、陶瓷纖維、金屬微粉、玻璃微粉、有機(jī)粘結(jié)劑及增塑劑的配比

注表中所給固體顆粒粒徑均為固體顆粒的平均粒徑。*2指此處的玻璃為BaO-B2O3-MgO-ZnO-SiO2玻璃，在SOFC工作溫度軟化、但不凝聚，其中BaO、B2O3、MgO、ZnO和SiO2所占的質(zhì)量比重分別為25.5％、17.5％、13.4％、13.5％和30.1％；不含氧化鈉和氧化鉀。
實(shí)施例1～6中，僅有固體顆粒，為陶瓷顆粒。尺寸在0.5～6μm范圍的固體顆粒占固體顆粒總質(zhì)量的比例均大于80％。其中實(shí)施例1～3中尺寸小于3μm范圍的固體顆粒占固體顆?？傎|(zhì)量的比例≥60％；實(shí)施例3～6固體顆粒與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～28；實(shí)施例4～6中平均尺寸大的固體顆粒60～80％，平均尺寸小的固體顆粒20～40％，大顆粒平均尺寸為小顆粒平均尺寸的3倍以上。
實(shí)施例7～10中，僅有固體顆粒，為陶瓷顆粒與金屬微粉。尺寸在0.5～6μm范圍的固體顆粒占固體顆?？傎|(zhì)量的比例均大于80％。其中實(shí)施例7、8中尺寸小于3μm范圍的固體顆粒占固體顆粒總質(zhì)量的比例≥60％；實(shí)施例9和10中金屬微粉質(zhì)量在固體顆粒總質(zhì)量中的比例為10～20％；實(shí)施例8、9和10金屬微粉的平均顆粒尺寸小于陶瓷顆粒的平均顆粒尺寸。
實(shí)施例11～20中，僅有固體顆粒，為陶瓷顆粒與玻璃微粉、或者陶瓷顆粒、金屬微粉與玻璃微粉。尺寸在0.5～6μm范圍的固體顆粒占固體顆粒總質(zhì)量的比例均大于80％。其中實(shí)施例15固體顆粒與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～28；實(shí)施例16、17玻璃微粉的質(zhì)量在固體顆?？傎|(zhì)量中的比例為10～25％；實(shí)施例16、17、18金屬微粉和玻璃微粉的平均顆粒尺寸小于陶瓷顆粒的平均顆粒尺寸；實(shí)施例18、19、20玻璃微粉+金屬微粉的質(zhì)量在固體顆粒總質(zhì)量中的比例為15～25％。
實(shí)施例21～28中，為固體顆粒和陶瓷纖維組合的情況。直徑小于3μm的陶瓷纖維占陶瓷纖維總質(zhì)量的比例≥75％。實(shí)施例24固體顆粒+陶瓷纖維與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～28；實(shí)施例25～28陶瓷纖維占固體顆粒與陶瓷纖維總質(zhì)量的百分比為10～15％；實(shí)施例27、28玻璃微粉+金屬微粉的質(zhì)量在固體顆?？傎|(zhì)量中的比例為15～25％；實(shí)施例25～28金屬微粉和玻璃微粉的平均顆粒尺寸小于陶瓷顆粒的平均顆粒尺寸。
實(shí)施例29密封材料的制備根據(jù)表1中實(shí)施例4的原料配比分別稱量70g平均粒徑為3μm的Al2O3陶瓷顆粒及30g平均粒徑為0.6μm的Al2O3陶瓷顆粒，總量100g。向球磨罐中依次加入300g氧化鋯球、68ml二甲苯/乙醇混合溶液及2g鯡魚油，再加入總量100g的陶瓷顆粒，球磨20小時(shí)，使原料充分分散，然后依次加入8g BBP、9g PVB和8g PAG，再次球磨24h左右，使之形成穩(wěn)定的、粘度適中的漿料。對(duì)漿料進(jìn)行除氣處理，然后流延，自然干燥24h即可得到所需密封材料。
實(shí)施例30密封材料的制備根據(jù)表3中實(shí)施例23的原料配比分別稱量65g平均粒徑為2.5μm的Al2O3陶瓷顆粒及15g平均粒徑為0.7μm的ZrO2陶瓷顆粒，20g直徑小于2μm的Al2O3陶瓷纖維，總量100g。向球磨罐中依次加入300g氧化鋯球、76ml二甲苯/乙醇混合溶液及2g鯡魚油，再加入80g陶瓷顆粒料和10g陶瓷纖維，球磨3h后再加入剩余的10g陶瓷纖維，繼續(xù)球磨17小時(shí)，使原料充分分散，然后依次加入11gBBP、11g PMA和12g PAG，再次球磨24h左右，使之形成穩(wěn)定的、粘度適中的漿料。對(duì)漿料進(jìn)行除氣處理，然后流延，自然干燥24h即可得到所需密封材料。
實(shí)施例31 SOFC堆密封的實(shí)施，如圖1所示將表1中實(shí)施例4中制備的密封材料切割成要求尺寸的密封片。將帶有氣體通道的連接體基座1置于第一層，在欲放置電池單體的位置鋪敷第一層密封片2，放上電池單體3，電池單體的周邊正好壓在該層密封片上，再在電池單體的周邊鋪敷第二層密封片2，然后放上第二層連接體材料4，再鋪敷第三層密封材料2，依此類推，形成電池堆。在電池堆外部垂直于密封面方向施加300Kpa壓力，按1℃/min的升溫速度升溫至固體氧化物燃料電池工作溫度即可實(shí)現(xiàn)電池堆的密封。
實(shí)施例32 SOFC堆密封的實(shí)施，如圖1所示
將實(shí)施例23中制備的密封材料切割成要求尺寸的密封片，在液壓機(jī)上預(yù)壓，壓力20Mpa，并穩(wěn)壓10分鐘。將帶有氣體通道的連接體基座1置于第一層，在欲放置電池單體的位置鋪敷第一層密封片2，放上電池單體3，電池單體的周邊正好壓在該層密封片上，再在電池單體的周邊鋪敷第二層密封片2，然后放上第二層連接體材料4，再鋪敷第三層密封材料2，依此類推，形成電池堆。在電池堆外部垂直于密封面方向施加500Kpa壓力，按2℃/min的升溫速度升溫至200℃，在200℃保溫1.5h，然后繼續(xù)按2℃/min的升溫速度升溫至固體氧化物燃料電池工作溫度，即可實(shí)現(xiàn)電池堆的密封。
權(quán)利要求
1.一種固體氧化物燃料電池用密封材料，包含固體顆粒和有機(jī)粘結(jié)劑及增塑劑或者固體顆粒、陶瓷纖維和有機(jī)粘結(jié)劑及增塑劑，其特征在于(1)固體顆粒與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～40；(2)固體顆粒+陶瓷纖維與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～40，其中陶瓷纖維占固體顆粒與陶瓷纖維總質(zhì)量的百分比為5～20％；(3)所述固體顆粒為陶瓷顆粒，或者陶瓷顆粒與金屬微粉、玻璃微粉之中的一種或兩種，金屬微粉質(zhì)量在固體顆?？傎|(zhì)量中的比例為5～30％，玻璃微粉或玻璃微粉+金屬微粉的質(zhì)量在固體顆?？傎|(zhì)量中的比例為5～35％；(4)所述陶瓷顆粒為氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦或者氧化鎂中一種或兩種；所述金屬微粉為鋁、鈦、鎂或硅中一種或兩種，其中至少有一種金屬的氧化物與所選陶瓷顆粒中的一個(gè)組分相同；所述玻璃微粉在SOFC工作溫度軟化、但不凝聚，其中氧化鈉和氧化鉀總含量小于0.3％；(5)所述陶瓷纖維為氧化鋁陶瓷纖維或者氧化鋁-氧化硅陶瓷纖維中的一種或兩種；(6)尺寸在0.5～6μm范圍的固體顆粒占固體顆粒總質(zhì)量的比例≥80％；(7)直徑小于3μm的陶瓷纖維占陶瓷纖維總質(zhì)量的比例≥75％。
2.如權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池用密封材料，其特征在于所述固體顆粒由兩部分平均尺寸不同的固體顆粒組成，質(zhì)量比為平均尺寸大的固體顆粒60～80％，平均尺寸小的固體顆粒20～40％，大顆粒平均尺寸為小顆粒平均尺寸的3倍以上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的固體氧化物燃料電池用密封材料，其特征在于(1)固體顆粒與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～28；(2)固體顆粒+陶瓷纖維與有機(jī)粘結(jié)劑+增塑劑的質(zhì)量比為100∶20～28；(3)陶瓷纖維占固體顆粒與陶瓷纖維總質(zhì)量的百分比為10～15％；(4)金屬微粉質(zhì)量在固體顆?？傎|(zhì)量中的比例為10～20％；玻璃微粉的質(zhì)量在固體顆?？傎|(zhì)量中的比例為10～25％；玻璃微粉+金屬微粉的質(zhì)量在固體顆粒總質(zhì)量中的比例為15～25％。
4.如權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池用密封材料，其特征在于尺寸小于3μm范圍的固體顆粒占固體顆?？傎|(zhì)量的比例≥60％。
5.如權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池用密封材料，其特征在于金屬微粉和玻璃微粉的平均顆粒尺寸小于陶瓷顆粒的平均顆粒尺寸。
6.如權(quán)利要求3所述的固體氧化物燃料電池用密封材料，其特征在于金屬微粉和玻璃微粉的平均顆粒尺寸小于陶瓷顆粒的平均顆粒尺寸。
7.使用所述固體氧化物燃料電池用密封材料的密封方法，包括(1)材料準(zhǔn)備步驟，將所述密封材料切割成要求尺寸的密封片；(2)裝配步驟，將密封片直接鋪敷于電池堆中需要密封的區(qū)域，按連接體基座、密封片、電池單體、密封片、連接體、密封片、電池單體、密封片、連接體順序，依此類推，形成電池堆；(3)加壓步驟，在垂直于密封面方向上向電池堆最外層的連接體施加150～700Kpa壓力；(4)升溫步驟，將裝配好的電池堆緩慢升溫至固體氧化物燃料電池工作溫度，升溫速度1～3℃/min。
8.如權(quán)利要求7所述使用固體氧化物燃料電池用密封材料的密封方法，其特征在于(1)所述材料準(zhǔn)備步驟中，切割成密封片后，置于壓力機(jī)進(jìn)行預(yù)壓，壓力為5～30Mpa，保壓5～10min；(2)所述裝配步驟過程為在帶有氣體通道的連接體基座上、欲放置電池單體的位置鋪敷第一層密封片，再放上電池單體，電池單體的周邊壓在該層密封片上，再在電池單體的周邊鋪敷第二層密封片，然后放上第二層連接體，其上再鋪敷第三層密封片，依此類推，形成電池堆；(3)所述升溫步驟中，升溫速度為1～1.5℃/min；或者升溫速度為1.5～3℃/min，在200℃保溫1～2h。
全文摘要
一種固體氧化物燃料電池用密封材料及密封方法，屬于元器件密封材料及密封方法，目的在于克服現(xiàn)有壓密封材料中存在的問題。本發(fā)明的材料，包含固體顆?；蚬腆w顆粒+陶瓷纖維、有機(jī)粘結(jié)劑及增塑劑；固體顆?？梢允翘沾?、金屬或玻璃，大部分尺寸在0.5～6μm，其中全部或大部分為陶瓷顆粒，并選自氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦或者氧化鎂中；陶瓷纖維為氧化鋁陶瓷纖維或氧化鋁－氧化硅陶瓷纖維，大部分直徑小于3μm。本發(fā)明方法包括材料準(zhǔn)備、裝配、加壓和升溫四個(gè)步驟。本發(fā)明的材料化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性好，制備方法簡(jiǎn)單，適宜工業(yè)化生產(chǎn)；使用時(shí)裝配簡(jiǎn)單，在較小外加壓力下即能與相鄰組件緊密匹配，密封性能良好，適用于平板式SOFC及類似陶瓷和金屬的密封。
文檔編號(hào)H01M8/10GK101079476SQ200710052519
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月20日
發(fā)明者李箭, 桑紹柏, 楊新民, 蒲健 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 宜興新興鋯業(yè)有限公司