《固體氧化物燃料電池低Cr連線體合金表面改性及性能研究》是依託東北大學，由耿樹江擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：固體氧化物燃料電池低Cr連線體合金表面改性及性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：耿樹江
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氧化鉻膜形成合金被廣泛用作固體氧化物燃料電池(SOFC)的連線體材料，但是氧化鉻的揮發會使SOFC的陰極發生Cr中毒，加速SOFC的失效進程。針對這一問題，本項目提出採用磁控濺射方法對具有低熱脹係數的低Cr Fe-Ni基合金進行表面改性，在其表面沉積與其同成分的濺射層。通過濺射層實現合金表面晶粒細化，使其氧化行為不同於基體鑄態合金，降低形成連續氧化鉻內氧化膜的臨界Cr濃度，生成SOFC合金連線體在陰極環境下所需要的理想雙層氧化物結構，即外層為無Cr的導電氧化物來作為氧化鉻揮發的阻擋層，內層為連續的氧化鉻保護膜。因此，本項目擬通過低Cr Fe-Ni基合金濺射層製備及其高溫氧化行為的研究，闡明濺射層的成分、晶粒尺寸對其氧化膜結構的影響機制，揭示濺射改性對低Cr Fe-Ni基合金高溫氧化行為的作用機理，為SOFC合金連線體材料的發展提供理論依據。
結題摘要
對於固體氧化物燃料電池（SOFC）連線體低Cr Fe-Co-Ni合金，合金中Si含量至少為1.5 wt.%，氧化後表面才能形成連續的Cr2O3內層，並有SiO2內氧化物顆粒生成。長時間熱暴露後，顆粒狀的SiO2內氧化物會趨於發展成連續的絕緣層。為了消除Si對表面氧化膜導電性的負面影響，本項目通過磁控濺射方法在低Si或無Si的鑄態合金（Si含量為0 - 0.36wt.%）基體上沉積相同成分及相結構的納米晶塗層，研究了納米化對合金高溫氧化行為、表面膜導電性的影響以及納米晶塗層與陰極材料的相互作用機制。結果表明：表面納米化促進了Cr的選擇性氧化，與鑄態合金相比，降低了生成Cr2O3內層的臨界Cr濃度。表面膜主要由(Fe,Co)3O4尖晶石外層和連續的Cr2O3內層組成，外層有效抑制了Cr的向外遷移；連續的Cr2O3內層大大提高了納米晶塗層的氧化抗力。濺射塗層表面膜的面比電阻（ASR）雖然高於其鑄態合金表面膜的ASR，但仍具有良好的導電性。濺射塗層與陰極材料之間發生了互擴散，而預氧化處理卻有效抑制了濺射塗層中元素向陰極材料的擴散。因此，濺射低Cr合金納米晶塗層展示了很好的套用前景，為SOFC合金連線體材料的發展提供了理論依據和技術支持。
