W、Mo添加对Fe-21Cr合金连接板高温性能的影响.pdfVIP

房玉超 等 ：W、Mo添加对 Fe-21Cr合金连接板高温性能的影 响 W、Mo添加对 Fe一21Cr合金连接板高温性能的影响 房玉超 ，陈云贵 ，吴朝玲 ，段 晓波 ，王绍荣 (1．四川大学 材料学院，四川 成都 610065； 2．中国科学院 上海硅酸盐研究所 ，上海 200050) 摘 要 ： Fe-Cr合金是 固体氧化物燃料 电池 (SOF— 和阳极燃料气氛 下保持其化学稳 定性和机械稳定 Cs)连接板材料的最佳候选之一 ，但仍存在氧化速率较 性 [】 。在 SOFCs的运行过程中，连接板与相邻的单 快 以及热膨胀系数 (TEC)较大等 问题。采用热胀系数 元电池相接触，经历从室温至运行温度 (600～1000℃) 小的W 和 Mo元素，研究了W 或 Mo对 Fe．21Cr合金 的数个热循环 l【]，所 以要求连接板材料与钇稳定化氧 热膨胀 系数 、面 电阻及抗氧化特性 的影响。研 究结果 化锆 (YSZ)电解质的热膨胀系数 (TEC)相匹配 ，否则 表明，适量 W 或 Mo的添加可 以降低 Fe一21Cr合金的 在升温和降温过程中可能由于热应力而造成电池的开 热膨胀 系数 ，并提 高其 750℃高温抗氧化性能 。 裂并失效，因此改善 Fe基合金连接板材料与 YSZ热 关键词 ： 固体氧化物燃料电池 (S0FCs)；连接板 ；Fe— 膨胀系数的匹配度是有益的。此外 ，由于Fe基合金连 Cr合金；高温性能；热膨胀系数 接板材料在高温下氧化速率较快n ，所以提高其抗氧 中图分类号 ： TM911．47 文献标识码 ：A 化性能也是必要的。 文章编号 ：1001—9731(2010)08—1469-04 材料的热膨胀系数与多种因素有关 。而组成合金 的溶质元素对合金热膨胀系数的影响极为明显 。对于 1 引 言 大多数合金来说 ，如合金形成均一的单相 固溶体 ，则合 固体氧化物燃料电池 ，是可 以将 多种燃料 (如氢 金的膨胀系数一般介于组元 的膨胀系数之间，符合相 气、甲烷 、一氧化碳等)中的化学能在高温下 (6O0～ 加率的规律[J¨。本文选择抗氧化性能较好的Fe-21Cr i000℃)直接转化为电能的最清洁 、高效的途径之一。 合金作为研究对象，其热膨胀系数 (TEC)为大约 13．0 此外 ，较高的运行温度使其具有能量转化速率快 的优 ×10 K_。，这个值与 电解质材料 YSZ(10．5×1O 点，同时提供了高质量的高温气体 ，易实现热电联产 ， K [1])相 比偏大。为了降低其 TEC值 ，在合金 中加 进一步提高了能量的利用率 。近来 ，固体氧化物燃料 入 W 、Mo元素 (TEC值 ：W 约 4．9×10 K_。、Mo约 电池 (SOFCs)作为新型高效清洁的分布式发电和汽车 5．2×1O K-1l【。])，使其与 YSZ相接近 。 辅助动力技术受到国内外的高度关注 ]。 测试 了加入不 同含量 W 、Mo元素 的Fe一21Cr合 SOFCs单元电池由阳极 、电解质、阴极构成 ，连接 金的热膨胀系数 ，对其抗氧化性能、高温导 电性进行了 板主要起着在相邻 的单元电池之间传输 电子和分隔燃 测试 ，并对其氧化产物进行 了分析 。 料气与氧化气的作用 3【]。用作连接板 的材料先后发展 2 实 验 了掺杂 的 CoCr20 、LaCrO。和 YCrO。等 陶 瓷材 料[4]，但这些陶瓷材料都存在导热性差 、加工成型困 为比较不 同含量 W、Mo元素对 Fe-Cr不锈钢热 难 、价格昂贵等问题。随着 SOFCs工作温度 的降低 ， 膨胀系数 的影响，实验按照表 1中的成分配制