基于应力分析Ni-Fe合金支撑固体氧化物燃料电池的结构稳定性研究

作     者：李凯 李霄 李箭 谢佳苗 LI Kai;LI Xiao;LI Jian;XIE Jia-Miao

作者机构：西安石油大学材料科学与工程学院西安710065 华中科技大学材料科学与工程学院材料成型及模具技术国家重点实验室武汉430074 西北工业大学工程力学系西安710065 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2019年第34卷第6期

页      面：611-617页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金(51702258) 华中科技大学材料成型与模具技术国家重点实验室开放课题研究基金(P2017-005) 陕西省教育厅专项科研计划项目(17JK0598) 

主　　题：金属支撑固体氧化物燃料电池 Ni-Fe合金支撑体 热应力 

摘      要：本文以NiO和Fe2O3为原料,应用流延、丝网印刷、高温共烧结和原位还原的工艺制备多孔金属支撑固体氧化物燃料电池(MS-SOFC)。系统研究了支撑体中Fe含量对MS-SOFC的残余应力、抗弯断裂强度和电化学稳定性的影响。结果表明,在NiO中加入10at%Fe2O3,使得支撑体致密化开始温度提高到937℃,残余应力和变形翘曲度分别低至70MPa和0.15mm;电池还原之后,Ni0.9Fe0.1支撑SOFC骨架表面孔隙率为40.22%,抗弯断裂强度达到最大值62.34MPa;电化学测试过程中,Ni0.9Fe0.1支撑SOFC在650℃下,以H2为燃料,在400mA·cm^–2电流密度下可以稳定运行60h,主要因为电池具有较高的抗弯断裂强度,能够抵抗运行过程中的热应力。该研究工作为MS-SOFC结构设计和性能稳定性优化提供重要的理论依据。