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中温SOFC金属连接体材料的氧化规律和导电行为

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功能材料 2008年第10期39卷 1689-1693页

作者：华斌蒲健张建福卢凤双李箭华中科技大学材料科学与工程学院材料成型与模具技术重点实验室湖北武汉430074 北京钢铁研究总院北京100081

系统地研究了SUS430铁素体不锈钢在中温SOFC阴极气氛（空气）中的氧化动力学、表面氧化物特征以及表面氧化对导电行为的作用。通过750℃静态空气中的氧化实验得出氧化增重与氧化时间的动力学关系；采用“4点法”测量合金表面氧化膜的面... 详细信息

系统地研究了SUS430铁素体不锈钢在中温SOFC阴极气氛（空气）中的氧化动力学、表面氧化物特征以及表面氧化对导电行为的作用。通过750℃静态空气中的氧化实验得出氧化增重与氧化时间的动力学关系；采用“4点法”测量合金表面氧化膜的面比电阻（ASR）；利用XRD和SEM表征表面氧化物的相结构、微观形貌及成分。实验发现，氧化动力学符合抛物线规律，并呈现出多级氧化现象；所生成的表面氧化物主要为Cr2O3和MnCr2O4；表面氧化物的ASR与测量温度之间的关系满足Arrhenius方程，并且在600～700℃之间，其斜率发生改变。结合氧化过程中的阳离子扩散、氧化物形成热力学以及半导体的导电机理对多级氧化动力学机制、氧化物相形成规律以及面比导电行为进行了理论分析。在此基础上，对SUS430作为中温SOFC金属连接体材料的可能性做出了合理的评估。

关键词：固体氧化物燃料电池(SOFC) 金属连接体氧化动力学面比电阻(ASR)

固体氧化物燃料电池金属连接体保护涂层的制备方法概述

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中国陶瓷 2015年第7期51卷 1-6页

作者：曹希文罗凌虹徐序吴也凡景德镇陶瓷学院景德镇333001

不锈钢合金是目前固体氧化物燃料电池(SOFC)常用的连接体材料,在使用过程中仍存在的主要问题是易被氧化;以及阴极侧Cr易扩散而导致阴极Cr中毒,致使电堆的电性能衰减过快。为解决上述问题,常在金属连接体表面添加致密的保护涂层。为得到... 详细信息

不锈钢合金是目前固体氧化物燃料电池(SOFC)常用的连接体材料,在使用过程中仍存在的主要问题是易被氧化;以及阴极侧Cr易扩散而导致阴极Cr中毒,致使电堆的电性能衰减过快。为解决上述问题,常在金属连接体表面添加致密的保护涂层。为得到成分均一﹑结构致密﹑厚度可控﹑导电性能良好且与基体结合牢固的涂层,很多方法可被采用。本文综述了SOFC金属连接体保护涂层的制备方法,将其分为物理法和化学法两大类。对各制备方法的工艺与性能之间的关系进行了讨论与比较,并提出了SOFC金属连接体保护涂层制备的主要问题和研究方向。

关键词：固体氧化物燃料电池金属连接体保护涂层制备方法

连接体合金在SOFC还原气氛下氧化膜的形成及热应力分析

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稀有金属材料与工程 2021年第6期50卷 2069-2074页

作者：缪钟毅陈霖张文颖熊春艳中国地质大学(武汉) 湖北武汉430074 武汉工程大学湖北武汉430205

针对新型金属连接体材料Fe-Cr-Co合金,通过750℃的循环氧化实验研究其在SOFC阳极气氛(N_(2)+2%H_(2)+60%H_(2)O)下的高温氧化行为,随后基于真实氧化膜和合金的界面微观形貌进行热应力分析。利用X射线衍射仪(XRD)和配备能谱仪(EDS)的场... 详细信息

针对新型金属连接体材料Fe-Cr-Co合金,通过750℃的循环氧化实验研究其在SOFC阳极气氛(N_(2)+2%H_(2)+60%H_(2)O)下的高温氧化行为,随后基于真实氧化膜和合金的界面微观形貌进行热应力分析。利用X射线衍射仪(XRD)和配备能谱仪(EDS)的场发射扫描电子显微镜(SEM)对合金氧化膜的相结构和截面形貌以及成分进行表征;结合图像处理和有限元仿真技术模拟合金氧化膜的热应力极值分布。结果表明,Fe-Cr-Co合金在750℃阳极中循环氧化600 h形成2μm的氧化膜,其由Fe掺杂的Cr_(2)O_(3)内层和MnCr_(2)O4外层所构成;仿真分析表明界面受到的最大剪切应力极值分布在波峰与波谷之间的区域,使得该区域的氧化膜容易最先剥落。

关键词：固体氧化物燃料电池金属连接体阳极气氛氧化膜真实形貌

金属连接体涂层材料MnCo_2O_4尖晶石的氧化动力学行为和电性能

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金属学报 2016年第3期52卷 355-360页

作者：张文颖李俊周波中国地质大学机械与电子信息学院武汉430074 华中科技大学材料科学与工程学院材料成型与模具技术重点实验室武汉430074

采用溶胶-凝胶法在SUS 430合金表面制备Mn Co_2O_4尖晶石涂层,研究在固体氧化物燃料电池(SOFCs)阴极气氛下涂层对于SUS 430合金氧化动力学行为和电性能的效用.利用XRD,EDS和SEM对合金表面氧化物的相结构、表面和截面形貌以及成分进行表... 详细信息

采用溶胶-凝胶法在SUS 430合金表面制备Mn Co_2O_4尖晶石涂层,研究在固体氧化物燃料电池(SOFCs)阴极气氛下涂层对于SUS 430合金氧化动力学行为和电性能的效用.利用XRD,EDS和SEM对合金表面氧化物的相结构、表面和截面形貌以及成分进行表征,并采用四探针直流技术测量表面氧化物的面比电阻(ASR).结果表明,涂层合金在750℃空气中氧化1000 h形成2μm氧化物层,其主要由内层Mn-Cr尖晶石和外层掺杂的Mn-Co尖晶石构成;Cr_2O_3和Fe_2O_3的形成受到了抑制.氧化动力学曲线遵循抛物线规律,2段氧化速率常数分别为3.74×10^(-15)g^2/(cm4·s)(0~200 h)和7.06×10^(-15)g^2/(cm4·s)(200~1000 h),与无涂层SUS 430合金相比降低了1个数量级.在600~800℃范围内,氧化物层的ASR介于5.21~22.65 mΩ·cm^2范围内.Mn Co2O4涂层有效地增强了SUS 430合金的抗氧化能力和电性能.

关键词：固体氧化物燃料电池金属连接体 MnCo2O4尖晶石氧化动力学面比电阻

SOFC金属连接体表面电沉积Co-Ni合金及抗氧化性研究

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SOFC金属连接体表面电沉积Co-Ni合金及抗氧化性研究

作者：程付鹏大连海事大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC）技术作为新型清洁能源发展支柱越来越引起人们的关注。针对中低温固体氧化物燃料电池金属连接体在应用中存在抗氧化性不足和Cr挥发的问题,本文采用电沉积-氧化二步法在SUS 430不... 详细信息

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC）技术作为新型清洁能源发展支柱越来越引起人们的关注。针对中低温固体氧化物燃料电池金属连接体在应用中存在抗氧化性不足和Cr挥发的问题,本文采用电沉积-氧化二步法在SUS 430不锈钢连接体表面制备Co-Ni尖晶石结构膜层,研究Co-Ni合金电沉积工艺以及改性后的连接体在800℃静态空气中抗氧化性和导电性。通过工艺优化方案得到最优电沉积工艺参数,获得较好的电沉积层;利用氧化增重实验研究改性后金属连接体与SUS 430不锈钢的氧化动力学,并利用X射线薄膜衍射技术（XRD）、电子扫描电镜（SEM）及其附设的能谱（EDS）对电沉积合金表面以及具有Co-Ni尖晶石结构膜层的物相组成、微观形貌、横截面元素分布进行表征分析。结果表明,具有Co-Ni尖晶石结构膜层的金属连接体与SUS 430不锈钢0-450h和500-950h两个阶段都呈现出抛物线型氧化特性。SUS 430不锈钢氧化增重速率在0-450h、500-950h分别为36.8×10-4mg2·cm4,12.5×10-4mg2·cm-4;改性后的连接体氧化增重速率在0-450h、500-950h分别为18.1×10-4mg2·cm-4, 5.1×104mg2·cm-4。改性后的连接体在每个氧化阶段其氧化增重速率约为SUS 430不锈钢的一半。采用“四点法”对改性后的金属连接体面比电阻（ASR）进行长时间测试发现,在0-300h SUS 430不锈钢的ASR明显迅速增加,随后在300-600h达到4.5Ω·cm2左右趋于稳定。改性后金属连接体的ASR整体增加不明显,最终在0.9Ω.cm 2左右趋于稳定。即采用电沉积-氧化二步法制备尖晶石结构膜层的连接体具有明显的抗氧化行和导电性。

关键词：固体氧化物燃料电池（SOFC）金属连接体面比电阻（ASR）氧化动力学 SUS 430不锈钢

固体氧化物燃料电池金属连接体研究中若干问题的探讨

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吉林化工学院学报 2008年第3期25卷 88-91页

作者：金光熙杨莹马作军孙健育吉林化工学院理学院吉林吉林132022 吉林化工学院化学与材料工程学院吉林吉林132022 吉林工贸学校理工科吉林吉林132012

以含Mn的固体氧化物燃料电池(SOFC)金属连接体Fe-Cr-Mn合金为研究对象,探讨了目前在研究过程中面比电阻理论,面比电阻实验测试和合金表面氧化物XRD谱分析中存在的几个问题.导出了正确的面比电阻公式,对氧化合金表面生成的氧化物相结构... 详细信息

以含Mn的固体氧化物燃料电池(SOFC)金属连接体Fe-Cr-Mn合金为研究对象,探讨了目前在研究过程中面比电阻理论,面比电阻实验测试和合金表面氧化物XRD谱分析中存在的几个问题.导出了正确的面比电阻公式,对氧化合金表面生成的氧化物相结构进行了深入探讨.

关键词：固体氧化物燃料电池金属连接体面比电阻尖晶石相

SOFC金属连接体尖晶石涂层的制备及其性能研究

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SOFC金属连接体尖晶石涂层的制备及其性能研究

作者：李方鑫大连海事大学

学位级别：硕士

环境污染问题日益加剧,推进实施高效绿色交通发展成为解决环境污染问题的关键。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以直接将燃料中的化学能转化为电能的装置,具有成本低、操作安静、清洁高效、绿色环保、燃料杂质耐受性高、可使用碳氢燃... 详细信息

环境污染问题日益加剧,推进实施高效绿色交通发展成为解决环境污染问题的关键。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以直接将燃料中的化学能转化为电能的装置,具有成本低、操作安静、清洁高效、绿色环保、燃料杂质耐受性高、可使用碳氢燃料等优点,在交通装备动力中的应用受到了广泛的关注。连接体作为SOFC的关键组件,其性能直接影响SOFC的工作效率和使用寿命。随着SOFC技术的发展,其运行温度降低到600-800℃中温区,使得铁素体不锈钢作为连接体成为可能。然而在SOFC工作温度下,高Cr的铁素体不锈钢作为连接体的抗氧化性和导电性仍然不足,基体中Cr元素的挥发还会沉积在阴极三相界面区,毒化阴极催化性能。为此,本文分别采用电沉积-后氧化技术和固体粉末包埋-后氧化技术在铁素体不锈钢(AISI430)上制备尖晶石表面涂层,并对其制备工艺、涂层组织结构、抗氧化性、导电性、抗剥落性等进行了研究,以期改善SOFC连接体的性能,促进其应用。在AISI430表面上采用电沉积-后氧化方法制备出了Ni-Co-O尖晶石涂层,其厚度约为6-7μm,组织致密,与基体结合良好。涂层样品在800℃氧化750 h后的增重(0.719mg·cm)明显低于裸钢的氧化增重(1.538 mg·cm),表明Ni-Co-O尖晶石涂层能够有效抑制Cr的向外扩散和O的向内扩散。经750 h长时间高温氧化的涂层样品的面比电阻(ASR)为32.78 mΩ,低于未涂层的ASR(91.63 mΩ),表明Ni-Co-O涂层有效的提高了连接体的导电性能。采用固体粉末包埋-后氧化技术在AISI430表面上制备出了Mn-Co-O尖晶石改性涂层,致密、均匀、无缺陷,厚度约为3.5μm。在模拟SOFC阴极环境下,与未改性的AISI430相比较,涂层样品在800℃氧化800 h后的增重(0.608 mg·cm)远远低于未涂层样品的氧化增重(1.586 mg·cm)。此外,涂层样品氧化500 h后的ASR为17.69 mΩ,远小于未涂层样品的ASR,表明Mn-Co-O尖晶石涂层显著提高了AISI430的抗氧化性能和导电性能。高温氧化后,对涂层进行截面观察,可看到基体与Mn-Co-O尖晶石涂层之间具有良好的结合力以及有效减少了涂层内CrO层的生长。

关键词：固体氧化物燃料电池金属连接体尖晶石涂层抗氧化性面比电阻

固体氧化物燃料电池金属连接体材料高温氧化性能研究

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固体氧化物燃料电池金属连接体材料高温氧化性能研究

作者：刘聚华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池是一种效率较高的清洁能源发电装置,随着国家提出“碳达峰,碳中和”战略目标和大力推动氢能产业发展,固体氧化物燃料电池技术得到了快速的发展。连接体是固体氧化物燃料电池电堆的关键部件,具有串联单电池、分隔两种... 详细信息

固体氧化物燃料电池是一种效率较高的清洁能源发电装置,随着国家提出“碳达峰,碳中和”战略目标和大力推动氢能产业发展,固体氧化物燃料电池技术得到了快速的发展。连接体是固体氧化物燃料电池电堆的关键部件,具有串联单电池、分隔两种反应气体和构建流动通道的作用,对于电堆的性能和寿命具有重要影响。金属材料由于成本较低、机械强度高、导电导热性能好、易于加工的优点,成为连接体材料的主流选择。然而,固体氧化物燃料电池连接体的工作环境对金属材料提出了更高的要求。本文以铁素体不锈钢SUS430和Crofer22H为研究对象,开展两种材料在固体氧化物燃料电池阴极气氛中的一系列高温氧化实验,环境温度700℃和750℃,氧化时间200h到1000h。此外,还对SUS430材料制备Mn-Co涂层后进行高温氧化实验。通过SEM、XRD和EDS等测试分析方法,观察基体和涂层材料表面和截面氧化层的微观形貌,检测氧化层的物相组成和元素分布,分析研究材料的氧化机理。通过实验研究和检测分析,探究基体和涂层材料的高温氧化机理,比较材料的应用性能,为材料的选择和改进提供一定的借鉴意义。其中,SUS430材料在较低温度时氧化层主要成分是导电能力差的Cr2O3;Crofer22H材料在表面生成(Mn,Cr)3O4尖晶石的同时,内部沿晶界析出Laves相,提高材料高温服役性能;涂层材料抗氧化性强,可以抑制Cr元素向外扩散。进行比较和选材,SUS430和Crofer22H材料具有不同的适合工作温度区间,而涂层材料的抗氧化性能优于基体材料。

关键词：固体氧化物燃料电池金属连接体铁素体不锈钢尖晶石涂层氧化行为

固体氧化物燃料电池/电解池金属连接体涂层研究进展

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稀有金属材料与工程 2015年第6期44卷 1555-1560页

作者：吴小芳张文强于波郭绪强徐景明中国石油大学(北京) 北京102200 清华大学核能与新能源技术研究院北京102201

可逆固体氧化物池(SOC)既可作为燃料电池(SOFC)发电,又可用作电解池(SOEC)制氢或合成气,用于清洁能源转换和存储。涂层制备技术对SOC电堆的发展尤为重要。本研究对SOC在不同操作模式下的工作环境进行了分析,对SOC电堆连接体可用的合金... 详细信息

可逆固体氧化物池(SOC)既可作为燃料电池(SOFC)发电,又可用作电解池(SOEC)制氢或合成气,用于清洁能源转换和存储。涂层制备技术对SOC电堆的发展尤为重要。本研究对SOC在不同操作模式下的工作环境进行了分析,对SOC电堆连接体可用的合金材料、涂层材料和涂层制备技术进行了综述。

关键词：固体氧化物池金属连接体铁素体不锈钢涂层