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大气等离子喷涂制备SOFC连接体铜掺杂锰钴尖晶石涂层*

2021-07-01邹建波刘太楷邓春明

材料研究与应用 2021年2期

邹建波,文 魁,宋 琛,刘太楷,邓春明,刘 敏

1.中南大学 材料科学与工程学院,湖南 长沙 410083;2.广东省科学院新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广东省现代表面工程技术重点实验室,广东 广州 510650

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的主要构成元件是电解质、阳极、阴极和连接体.由于单电池提供的电能有限,需要将多个单电池串联/并联,形成具有一定输出功率的电堆,连接体是实现单电池串联或并联成电堆的必要元件[1].随着材料制备工艺的发展,SOFC的工作温度可降低至600~800 ℃,因此金属材料用作SOFC连接体成为一种崭新的选择[2-4].铁素体不锈钢(Fe-Cr合金)由于具有成本低廉、优异的抗氧化性能、热膨胀系数及与电堆其他组元热膨胀匹配良好等诸多优点,被广泛用作平板式SOFC金属连接体[5-6].目前,可用作电堆连接体材料的不锈钢主要有SUS430,Crofer22 APU,X10CrA118和ZMG232等[7].然而,在高温氧化环境下,金属连接体不可避免会被氧化,同时其中的Cr元素也易导致阴极中毒,使电池堆性能显著地衰减[8-11].因此,需要在不锈钢连接体表面制备一层具有较好耐高温氧化防护涂层.研究表明[12-15],传统的锰钴尖晶石涂层可以有效的抑制高温服役环境下SOFC金属连接体中Cr元素的氧化和挥发.但是,锰钴尖晶石理论电导率仅有60 S/cm,在许多情形下仍然无法达到燃料电池高温电导性能的要求.研究指出,通过微量金属元素(如Cu,Fe和Ni)掺杂改性可大幅提高尖晶石高温电导率[16-20].当前,高电导率防护涂层的制备都严重依赖……

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