去极剂改善封接微晶玻璃化学稳定性及其自愈合性能的机理

针对固体氧化物燃料电池的刚性封接材料普遍存在热应力导致封接失效的缺陷，自愈合型微晶玻璃为代表的柔性封接材料通过玻璃相的粘滞性流动释放应力。然而，改善玻璃相粘度的网络配体（如IA和IIA族）容易与含Cr合金连接体发生界面反应，损害封接材料的化学稳定性。本研究根据封接微晶玻璃在燃料电池工作环境下腐蚀含Cr合金连接体这一界面反应的电化学本质，尝试引入去极剂，抑制界面反应；控制玻璃基体析晶获得低熔点晶相（如CaB4O7），利用其在低于熔点的高温下的粘滞性流动实现自愈合。对微晶玻璃和Cr2O3粉末模拟反应的产物进行定量分析，研究去极剂的种类、价态和电位等因素对界面反应的影响，阐明去极剂抑制界面反应的热力学和动力学机理；研究去极剂对自愈合速率的影响，结合玻璃网络结构和晶相结构的变化，揭示去极剂改善封接微晶玻璃自愈合性能的机理。通过兼顾自愈合性能，提高封接微晶玻璃化学稳定性的设计思路解决封接难题。

封接稳定性不足严重制约固体氧化物燃料电池的商业化进程。其中，主流的刚性封接玻璃与近年来倍受关注的具有自愈合特征的柔性封接玻璃分别存在流动性不足和化学稳定性不足的缺陷。构建新型封接体系的实质就是如何实现封接玻璃的化学稳定性和自愈合性能的有机结合。本项目提出引入去极剂改善封接玻璃的化学稳定性及自愈合性能的设想，通过研究去极剂对封接玻璃的化学稳定性及自愈合性能的影响规律，为解决封接难题提供理论和实验依据。.本项目按照计划顺利进行，2012-2014年期间在国际知名材料刊物发表SCI论文11篇（其中，JCR一区7篇，二区3篇），申请国家发明专利9项，已授权2项；培养研究生7名，博士生1名。主要取得的进展如下：（1）研究了去极剂对微晶玻璃与含Cr合金连接体界面反应的影响规律，揭示了去极剂改善微晶玻璃化学稳定性的机理。相关研究结果正在整理中，部分结果已在国际知名材料刊物发表SCI论文5篇（其中，JCR一区4篇，二区1篇），申请国家发明专利5项；（2）成功获得具有自愈合性能的系列晶相，并在此基础上研究了去极剂对微晶玻璃的网络结构和晶相结构的影响规律，阐明了去极剂改善微晶玻璃自愈合性能的机理。相关研究结果正在整理中，部分结果已在国际知名材料刊物发表SCI论文2篇（其中，JCR一区1篇，二区1篇），申请国家发明专利2项；（3）本项目意外发现封接玻璃中添加合适的去极剂能够改善SOFC阴极的性能衰减，并在此基础上与澳洲科廷大学蒋三平教授开展了合作研究，共同探索通过封接玻璃的微结构调控阴极性能衰减的机理。相关实验正在进行中，部分结果已在国际知名材料刊物发表SCI论文2篇（其中，JCR一区1篇，二区1篇），申请国家发明专利2项；（4）SOFC阳极与封接玻璃的界面反应也日趋引起关注。因此，本项目还开展了SOFC阳极的探索研究，为后续研究SOFC阳极与封接玻璃的界面反应机理奠定坚实基础。相关实验正在进行中，部分结果已在国际知名材料刊物发表SCI论文2篇（其中，JCR一区1篇）。.综上所述，本项目圆满完成实验计划，成功揭示去极剂改善封接玻璃化学稳定性和自愈合性能的机理；并开拓了封接玻璃的微结构调控阴极性能衰减，以及SOFC阳极功能层的探索研究，为系统研究封接界面的高温演变规律以及SOFC性能衰减奠定坚实基础。