專利名稱：一種平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法
技術領域：
本發明涉及ー種平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法。
背景技術：
固體氧化物燃料電池(SOFC)由于具有較高的能量密度而成為現在燃料電池研究的熱點，其中平板型固體氧化物燃料電池因輸出功率密度高和制作成本低而成為SOFC的發展趨勢。平板型SOFC需要封接來避免燃料氣和氧化氣的混合爆炸，以防止電池運行失敗。傳統的平板型SOFC玻璃封接方法是將玻璃粉采用軋膜或流延成型エ藝制備成所需要厚度的封接膜片，通過高溫將封接膜片與連接體粘連在一起形成封接件。該方法需要制備封接膜片，而封接膜片會因其成型エ藝造成應カ過大，這樣就會導致封接膜片在封接過程中出現裂紋，進而封接失敗。因此如何降低封接界面的應力，避免封接界面出現裂紋且提高封接成功率便成為本領域急需解決的技術問題。
發明內容
本發明提供了ー種平板型SOFC玻璃封接方法，能有效降低封接界面的應力，提高封接成功率。本發明的方法包括如下步驟(I)將熱膨脹系數為10 12X 10_6/K的玻璃粉中空平鋪于ー連接體上；(2)將ー電池片置于所述玻璃粉上，以使玻璃粉、連接體及電池片形成待封接件；(3)以I 5°C /min的速率將所述待封接件升溫至800 900°C后保溫0. 5 3h ;(4)以0. I 1°C /min的速率將所述待封接件冷卻至400 600で后保溫0. 5 5h ;(5)自然冷卻至室溫。 優選地，在所述步驟(I)之前還包括至少對所述連接體與玻璃粉接觸部分的表面進行表面氧化處理或者表面粗化處理的步驟。優選地，所述連接體為鐵鉻合金，所述電池片為氧化釔穩定氧化鋯型電池片。優選地，所述步驟(3)為以2V /min的速率將所述待封接件升溫至850°C后保溫Ih ；所述步驟(4)為以0. 5°C /min的速率將所述待封接件冷卻至500°C后保溫Ih。優選地，所述電池片為圓形。優選地，所述步驟(I)中玻璃粉平鋪成寬度為0. 5_，厚度為0. 5 1_的中空形狀。更優選地，所述玻璃粉的平鋪形狀為圓環。本發明提供的ー種平板型SOFC玻璃封接方法，將玻璃粉中空平鋪于連接體上進行封接，免除了傳統封接エ藝中制備封接膜片的步驟，有效降低封接界面的應力，避免封接界面出現裂紋且提高封接成功率。
圖I為本發明ー種平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法的流程示意圖。
具體實施例方式為使發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。請參閱圖1，為本發明ー種平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法的流程示意 圖。該玻璃封接方法的流程如下第一歩將熱膨脹系數為10 12X 10_6/K的玻璃粉中空平鋪于連接體上。此處提到的術語“中空平鋪”是指將玻璃粉鋪成連續且中間留空的形狀，例如，中空圓形、中空方形、中空橢圓形等，以使封接完成后工作氣與電池片不被玻璃粉阻隔開。第二步將ー電池片置于玻璃粉上，以使玻璃粉、連接體及電池片形成待封接件。優選地，可以選取鐵鉻合金為連接體并選取氧化釔穩定氧化鋯型電池片。當然，本領域技術人員對連接體及電池片的材質類型可有多種選擇，如連接體可有鐵鉻合金、鐵鉻鋁合金及陶瓷材質等選擇，電池片可有氧化釔穩定氧化鋯型電池片、鈣鈦礦型電池片等選擇，這些均不脫離本發明的保護范圍。優選地，電池片為圓形，本領域技術人員可有方形、圓形等電池片形狀的選擇。第三步將待封接件以I 5°C /min的速率升溫至800 900°C后保溫0. 5 3h。優選地，以2°C /min的速率將待封接件升溫至850°C后保溫Ih。第四步將待封接件以0. I 1°C /min的速率冷卻至400 600°C后保溫0. 5 5h。優選地，以0. 5°C /min的速率將待封接件冷卻至500°C后保溫Ih。第五步將經過前四步處理的待封接件自然冷卻至室溫。此處提到的術語“自然冷卻”是指若待封接件于小型高溫爐中封接處理則為隨爐冷卻，若エ業化生產時于隧道窯中封接處理則為隨隧道窯的冷卻帶緩慢冷卻。以上已經結合本發明的實施例詳細描述了玻璃封接方法的各個步驟。采用對經過上述步驟處理后得到的封接樣品進行吸紅實驗以檢驗氣密性的過程中，在封接界面周圍滴少許紅墨水，觀察紅墨水的擴散情況，實驗結果顯示，紅墨水只在封接界面的表面擴展，沒有明顯的滲漏現象，表明封接氣密性良好。在對封接樣品進行熱沖擊實驗以判斷封接樣品的可靠性的過程中，將封接樣品以250C /min的速率升溫至850°C后隨爐冷卻至室溫，然后用吸紅實驗檢查封接樣品氣密性，如此反復操作20次，封接界面均無明顯的滲漏現象，封接氣密性良好，表明封接樣品抗熱性能良好。特別地，為進一歩增強連接體與玻璃粉接觸處的相容性，在第一步處理之前也可對連接體經過表面氧化處理或表面粗化處理，或至少對連接體與玻璃粉接觸部分的表面進行表面氧化處理或者表面粗化處理。此外，由于平鋪的玻璃粉容易在封接過程的高溫下明顯流動，導致電池片損壞，為此可以將玻璃粉平鋪成寬度為0. 5mm，厚度為0. 5 Imm的中空形狀，這樣的設計能使封接界面光滑平整，使封接材料無明顯流動。進ー步地將玻璃粉平鋪成寬度為0. 5mm,厚度為0. 5 Imm的圓環形狀，圓環的設計能進一步減小封接件應カ的殘余，使封接的效果更加理想。
雖然本發明是結合以上實施例進行描述的，但本發明并不被限定于上述實施例，而只受所附權利要求的限定，本領域普通技術人員能夠容易地對其進行修改和變化，但并不離開本發明的實質構思和范圍。
權利要求
1.一種平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法，其特征在于所述方法包括如下步驟 (1)將熱膨脹系數為10 12X10_6/K的玻璃粉中空平鋪于一連接體上； (2)將一電池片置于所述玻璃粉上，以使玻璃粉、連接體及電池片形成待封接件；(3)以I 5°C/min的速率將所述待封接件升溫至800 900°C后保溫O. 5 3h ;(4)以O.I 1°C /min的速率將所述待封接件冷卻至40(T600°C后保溫O. 5 5h ; (5)自然冷卻至室溫。
2.如權利要求I所述的平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法，其特征在于，在所述步驟(I)之前還包括 至少對所述連接體與玻璃粉接觸部分的表面進行表面氧化處理或者表面粗化處理的步驟。
3.如權利要求I或2所述的平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法，其特征在于，所述連接體為鐵鉻合金，所述電池片為氧化釔穩定氧化鋯型電池片。
4.如權利要求I所述的平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法，其特征在于， 所述步驟(3)為以2°C /min的速率將所述待封接件升溫至850°C后保溫Ih ； 所述步驟(4)為以O. 5°C /min的速率將所述待封接件冷卻至500°C后保溫lh。
5.如權利要求I所述的平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法，其特征在于，所述電池片為圓形。
6.如權利要求I所述的平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法，其特征在于，所述步驟(I)中玻璃粉平鋪成寬度為O. 5mm，厚度為O. 5 Imm的中空形狀。
7.如權利要求6所述的平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法，其特征在于，所述玻璃粉的平鋪形狀為圓環。
全文摘要
本發明提供了一種平板型固體氧化物燃料電池玻璃封接方法，工藝步驟為將熱膨脹系數為10～12×10-6/K的玻璃粉中空平鋪于一連接體上；將一電池片置于所述玻璃粉上，以使玻璃粉、連接體及電池片形成待封接件；以1～5℃/min的速率將所述待封接件升溫至800～900℃后保溫0.5～3h；以0.1～1℃/min的速率將所述待封接件冷卻至400~600℃后保溫0.5～5h；自然冷卻至室溫。該方法操作簡單，可有效降低封接界面的應力，提高封接成功率。
文檔編號H01M8/10GK102856572SQ20121032562
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月5日 優先權日2012年9月5日
發明者韓冰, 朱怡彬, 成龍, 張峻赫 申請人:北京斯塔能源科技有限公司