發(fā)布時間：2018-10-31 08:51

【摘要】：固體氧化物燃料電池(SOFCs)是將儲存于燃料中的化學能轉化為電能的裝置。連接體是SOFC的重要部件之一,起著串聯(lián)單電池,分隔燃料氣與氧化劑等作用。金屬連接體,尤其是鐵素體不銹鋼,以其良好的電導率、熱導率以及與其它電池組件相匹配的熱脹系數(shù)、便于加工等優(yōu)點,已成為主流的連接體材料。然而鐵素體不銹鋼在SOFC的工作環(huán)境中會產生Cr揮發(fā)性并使陰極Cr中毒,且表面生成導電性較差的氧化膜,造成電池性能衰減。在不銹鋼連接體表面制備(Mn,Cu)3O4尖晶石涂層是目前最有希望的解決方案之一。本文采用直流磁控濺射技術在SUS 430不銹鋼表面濺射Mn-Cu涂層,經高溫氧化使其轉變?yōu)?Mn,Cu)3O4尖晶石等氧化物,研究了濺射涂層在SOFC陰極環(huán)境(800-C空氣)中的氧化行為,利用SEM/EDS和XRD等手段對氧化1周、5周、10周后氧化物的形貌及相結構進行分析,并研究了表面氧化膜的電性能。同時對比并討論了基體不銹鋼未預氧化與預氧化處理對涂層氧化行為的影響。結果表明：(1)濺射涂覆Mn-Cu涂層的未預氧化和預氧化不銹鋼的高溫氧化(800-C的空氣中)增重在氧化初期增重明顯,隨后增重緩慢。氧化后表面均生成了雙層氧化物結構,外層主要為(Mn,Cu)3O4尖晶石,內層為富Cr氧化物。(2)濺射涂覆Mn-Cu涂層的未預氧化和預氧化不銹鋼在氧化過程中生成的(Mn,Cu)3O4尖晶石層均有效阻止了Cr向外擴散。(3)預氧化處理使基體在高溫下生成的連續(xù)、致密的Cr203層,構成了Fe的擴散障,使其在濺射后的氧化過程中很好的抑制了Fe由基體向表面的遷移。但未預氧化樣品不能抑制Fe的擴散,在(Mn,Cu)3O4尖晶石中存在Fe元素。(4)預氧化樣品較未預氧化樣品的面比電阻大,但隨時間變化趨勢更加平穩(wěn)。
[Abstract]:Solid oxide fuel cell (SOFCs) is a device that converts chemical energy stored in fuel into electric energy. Connectors are one of the important components of SOFC. They act as single cell in series and separate fuel gas from oxidant. Metal connectors, especially ferrite stainless steels, have become mainstream connectors due to their good conductivity, thermal conductivity and thermal expansion coefficient matching with other battery components. However, ferrite stainless steel in the working environment of SOFC will produce Cr volatility and make cathode Cr poisoning, and the surface formation of poor conductivity oxide film, resulting in cell performance attenuation. The preparation of (Mn,Cu) 3O4 spinel coatings on stainless steel connectors is one of the most promising solutions. In this paper, Mn-Cu coating was deposited on the surface of SUS 430 stainless steel by DC magnetron sputtering technique, and it was transformed into (Mn,Cu) 3O4 spinel and other oxides by oxidation at high temperature. The oxidation behavior of sputtering coating in SOFC cathodic environment (800-C air) was studied. The morphology and phase structure of the oxide after 1 week, 5 weeks and 10 weeks of oxidation were analyzed by SEM/EDS and XRD. The electrical properties of the surface oxide film were also studied. At the same time, the effects of unpreoxidized and preoxidized stainless steel on the oxidation behavior of the coatings were compared and discussed. The results show that: (1) the weight gain of pre-oxidation and high-temperature oxidation of pre-oxidized stainless steel (800-C in air) after sputtering Mn-Cu coating is obvious at the beginning of oxidation, then the weight gain is slow. After oxidation, double oxide structure was formed on the surface, the outer layer was (Mn,Cu) 3O4 spinel, and the inner layer was rich in Cr oxide. (2) unoxidized and pre-oxidized stainless steel (Mn,) formed during oxidation by sputtering Mn-Cu coating. Cu) 3O4 spinel layer effectively prevented Cr from diffusing outward. (3) the continuous and dense Cr203 layer formed in the matrix at high temperature formed by preoxidation formed the diffusion barrier of Fe. It can inhibit the migration of Fe from matrix to surface in the oxidation process after sputtering. However, the diffusion of Fe could not be inhibited by the unpreoxidized sample, and there was Fe element in (Mn,Cu) 3O4 spinel. (4) the surface specific resistance of the preoxidized sample was larger than that of the unpreoxidized sample, but the trend of change with time was more stable.
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TG174.4;TM911.4

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本文編號：2301574