抗蠕变 Ni-5 wt.%Al 制备熔融碳酸盐燃料电池的阳极.doc

抗蠕变 Ni-5 wt.%Al 制备熔融碳酸盐燃料电池的阳极 材料科学与工程、 韩国大学、5-1 Anam-Dong、Sungbuk-Ku、Seoul 136-70、 韩国收到 于2001 年 6 月 5 日 ；接受 于2001 年 8 月 21 日 摘要 制造Ni-5 wt.%铝阳极的熔融碳酸盐燃料电池 (熔融碳酸盐燃料电池) 使用的是便宜单质粉末而不是昂贵的合金粉末。隔膜的制备在各种氛围中烧结：还原、 充分氧化还原和部分氧化还原氛围。在还原气氛中烧结阳极表现网络结构的形态学Ni-Al固溶体,其表面覆盖着薄的氧化铝薄膜2002 Elsevier Science B.V. 公司所有权利保留 关键字: 熔融碳酸盐燃料电池 ；Ni-5 wt.%铝阳极 ；抗蠕变性 ；氧化铝 Introduction 阳极蠕变问题在八十年代初就被很多研究人员和开发人员认为是熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）的商业化的障碍之一。足够的结构和形态稳定阳极材料所需的抗蠕变性，但传统的镀镍阳极不符合这一要求。因此，镍阳极必须加强物理和例如应用这种方法作为溶解强化、 沉淀强化或氧化物弥散强化了。最近的工作集中在最后提到的方法添加可氧化态元素。铬和铝的最常用的添加剂。Ni-Cr 阳极中铬是先氧化后锂化，然而，在过程中为了形成 LiCrO2和产生大量的微孔，从而导致电解液的损失和再分配。所以，燃料电池的研究员们对Al日益关注了。Ni-Al系统通常不是受微孔问题的影响，此外，它表现的抗蠕变性比 Ni-Cr 系统高[2，3]。 Ni-Al阳极开发人员所做的尝试之一是使用商业的镍 5 wt.%Al 合金粉末作为负极材料，通过生产氧化铝分散烧结过程加强其抗蠕变性。镍铝的溶解度限制是 5 wt.%，其基本思想是，通过这两种溶质-和氧化-弥散强化。然而，不幸的是，合金粉末是比目前用作基本材料为阳极的 Inco 255 镍粉贵得多。为了减少大规模生产中的成本，我们制定了一个方法，制造使用元素粉末组成相同和类似抗蠕变性作为一个由合金粉末制成的阳极。一个特别的重点是烧结氛围，因为它严重地影响形态和最终阳极的蠕变。 Experimental Ni 5 wt.%铝阳极的制造使用元素粉末的镍 （羰基镍类型 255，Inco） 和 Al （高纯度化学品） 作为开始材料。镍和铝的平均粒径为 5 和 3 毫米，分别。由图 1 中所示的流水线生产的隔膜。然后他们被烧结来确定适当的形态尽可能高蠕变阻力——例如在11002h H2(纯度99.999%)大气(称为还原) 气氛中和随后在 1100℃ 3 h H2 气氛中（称为部分氧化还原）。混合气体H2 / N2饱和水在90是用于部分氧化气氛和PH2 = PH2OH2和N2流量控制的FE-SEM, Hitachi 6300)、能量色散x射线谱仪EDX, Oxford） 或俄歇电子谱仪 （AES, Physical Electronics 680），来研究形态。蠕变试验是在温度为 650 ℃ 和 100 h H2 气氛中 100磅 的压力在图 2 中所示的仪器中进行的。,因为蠕变试样的孔隙度测量使用阿基米德方法个的水平进行验证,这样他们的蠕变株可以直接比较蠕变试样的孔隙度测量使用阿基米德方法然而,阳极含有少量的氧化铝烧结在1100℃2小时在一个H2,还可以在图3看到正如前面提到的,在这个实验中使用的氢气纯度是99.999%,名义上它完全保留的0.1 ppm的O2和0.2 ppmH2O 。所以,这种气体PH2/ PH2O = 2.5×提供所有的O2与H2的反应变成了水在显微照片,可以看到一个典型的网络结构,但没有氧化铝颗粒类似的现象在我们实验室也得到一直在观察一个Ni-12 wt.%铝阳极的形式钻深度剖面[2]事实上,应变测量蠕变试验后进行56%的阳极孔隙度在650100 h是4.1%当然蠕变应变的价值远低于一个纯镍阳极( 50%)[5],但仍太高了可以看到在SEM呈现在图6中,在这个阳极氧化铝阶段小颗粒分散的形式存在于网络Ni-Al固溶体的结构,虽然表面的粒子不暴露但嵌入式结构 NiO Ni转变期间已形成了大体积的改变，众所周知，通过电解液的重新分配对单元格性能产生不利的影响。因此，进一步调查研究阳极被认为是不必要。 为了解决微孔的问题，我们不得不在Ellingham diagram [6] 中有哪些信誉好的足球投注网站在 900 ℃ 的氛围中Al会氧化，而Ni不氧化。我们最后选择了一个PH2 /PH2O= 的可行方案，这样可以勉强避免氧化镍而铝氧化得到保障。然后烧结在900 2.5,5、7.5和10 h部分氧化部分氧化后的阳极的XRD模式给出了图8尽管他们的位置标注箭头这可能是因为氧化铝阶段是小的数量和或体积小的粒子AES深度剖面图像上的点标记NiO的薄膜可以确定深度