与金属连接极化学相容的微晶玻璃密封材料的研究与开发

针对目前固体氧化物燃料电池(SOFC)玻璃类密封材料与金属连接极化学相容性差的问题，本申请提出了一种设计密封玻璃的新思路：通过热力学计算预测Cr2O3在玻璃中的饱和浓度，以此来制备与金属连接极化学相容的密封玻璃。并且使玻璃中易与金属连接极反应的BaO以BaSi2O5微晶的形式析出，增大玻璃与金属连接极反应的难度，达到进一步改善玻璃与金属连接极化学相容性的目的。该微晶玻璃密封材料的研制成功，将突破阻碍中温板式SOFC长期稳定运行的技术瓶颈并实现先进SOFC的产业化，对提升我国在该领域的核心竞争力、促进我国SOFC的跨越式发展具有重要意义。

(1) 建立了玻璃新的热膨胀系数模型和转变温度模型：通过在三配位硼和四配位硼之间建立化学平衡，将三种硼结构单元的浓度定量表达出来，从而将B2O3的贡献值表达为三种硼结构单元贡献值的加权，更好地反映了“硼氧反常性”的特点，新的转变温度模型和新的热膨胀系数模型都具有较好的预测精度。.(2) 开发了两种热稳定性好的微晶玻璃封接材料：将玻璃中易与Cr2O3反应的BaO通过受控析晶转变为硅酸钡晶体和硼酸钡晶体，从而改善玻璃与金属连接极的化学相容性。由于晶体的析出，玻璃转变为微晶玻璃，从而使封接材料的热稳定性大幅度提高。并且由于析出的晶体具有较高的热膨胀系数，所以封接材料的热膨胀系数与金属连接极的热膨胀系数更加匹配。.(3) 开发了一种适合Al2O3渗透的玻璃：该玻璃在1150 oC保温10 min便可在Al2O3生坏里渗透2 mm。该玻璃－氧化铝复合压密封材料具有很好的热稳定性，在750 oC保温1000 h后，其热膨胀系数几乎没有变化，显示出很好的热稳定性。.与中国科学院上海硅酸盐研究所的王绍荣课题组保持密切合作，向他们累计提供了14公斤密封玻璃粉，并用该密封玻璃对板式SOFC电堆（由两片100 mm × 100 mm的单元电池组成）进行了封装。该小型电堆在50 oC和750 oC之间进行了3次热循环后，开路电压依然达到理论电压。.与华中科技大学李箭课题组保持密切合作，向他们累计提供了6公斤密封玻璃粉，他们使用这种玻璃粉渗透Al2O3坯体制备了氧化铝压密封材料并用这种压密封材料对一个小型SOFC电堆进行了封装，并测试了热循环次数和气体压力对泄露速率的影响。结果表明，经历三次热循环后均无法检测到泄露速率，并且气压无论是0.5 psi还是3 psi，泄露速率均检测不到。