專利名稱：使用金屬導電膠進行固體氧化物燃料電池快速封接的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于固體氧化物燃料電池(SOFC)的一種封接方法，特別涉及使用銀導電膠對固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)或器件與其他構件間的封接。
背景技術：
與本發(fā)明相近的背景技術是中國發(fā)明專利申請“固體氧化物燃料電池的高溫封接材料與封接技術”，申請?zhí)?9104482.7，申請日1999年4月23日。該項專利申請采用內(nèi)封接陶瓷粉材料和外封接玻璃態(tài)材料，實現(xiàn)固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)或器件與其他構件間的封接。封接包括物料的準備、清洗封接區(qū)、封接、高溫處理等過程。
背景技術：
的SOFC封接方法，雖然可以獲得封接效果良好的電池，但是，要經(jīng)過內(nèi)、外兩種封接物料的準備，使用多種組分加粘接劑、溶劑混合研磨，是很麻煩的；封接要分兩步進行，要“靜置”、“陰干”，因此工藝時間長；還要經(jīng)過高溫過程(1000～1100℃)，才能實現(xiàn)電池的封接。由于使用硅酸鹽系封接材料，不僅存在工藝復雜、工藝時間長等問題，而且還存在熱匹配困難，封接成功率低、易與電池器件發(fā)生不良化學反應等各種問題，并不太適合于電池封接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是，找到一種金屬導電膠用于固體氧化物燃料電池的封接，使工藝過程簡單、一次封接用時短、不必高溫燒結，組裝成在低溫下(200℃以下)氣密的燃料電池。
本發(fā)明的封接材料是銀導電膠，通常銀導電膠用于制作電極，其組分包括銀粉，由雙馬樹脂改性環(huán)氧粘接劑、溶劑、固化劑等組成。這種銀導電膠早已經(jīng)公知公用，在商品市場中能隨時買到。
本發(fā)明中，銀導電膠用于固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)或器件與其他構件間的封接。
用銀導電膠作封接材料，不必使用兩種封接材料，避免了“物料準備”的過程，價格也比貴金屬低。還由于電池封接在低溫段(400℃以下)靠導電膠中的有機粘接劑密封，高溫段(400℃以上)靠銀微粒發(fā)生燒結體密封，靠金屬銀的柔韌性緩沖電解質(zhì)或器件與其他構件間的熱應力，故粘接牢固密封性好。用銀導電膠作封接材料，不僅能保證良好的氣密性和器件間的粘結強度，同時還具有封接材料于器件表面附著良好、化學性質(zhì)穩(wěn)定和熱應力低的優(yōu)點。
本發(fā)明的使用銀導電膠進行固體氧化物燃料電池快速封接的方法，包括平化處理——接合——烘干的工藝完成對固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)或器件與其他構件間的封接。所說的平化處理是，在封接前，采用機械磨削、拋光或填充、拋光的方法對需要封接的區(qū)域進行加工，獲得平整表面的過程；所說的接合是，在電解質(zhì)或器件與其他構件封接區(qū)域上涂刷厚度在0.5～1mm的銀導電膠，然后，把電解質(zhì)或器件與相連接的構件裝在一起，完成燃料電池部件的接合；所說的烘干是，將已經(jīng)接合的電池部件放在干燥箱或電爐中，控制溫度在100～200℃，經(jīng)歷20～60min的過程。
前述的封接過程能在低溫下一次完成對電池的封接。為了得到更好的密封效果，可以在烘干之后，再進行一次“密封——二次烘干”過程。所說的密封是在部件的接合部位涂刷銀導電膠，使其填充滿部件表面空隙和溝壑的過程；所說的再烘干是，進行一次與烘干過程相同的過程。
與現(xiàn)有的封接方式相比較，主要省去了高溫燒結過程，代之以低溫的烘干，不僅使工藝簡化，還由于減小了封接的熱循環(huán)過程，不會因升降溫時不同器件材料的膨脹系數(shù)不匹配而導致的過大熱應力損壞器件(特別是薄壁器件)的問題，封接的時間從近十個小時縮短到一小時左右，且成功率高。封接用的銀導電膠是易得的商品化材料，不僅省去了封接材料的配制，而且降低了成本。由于Ag是各種金屬中與氧化物陶瓷附著最好的，因此選用Ag可以大大改善封接材料與氧化物陶瓷器件的附著性能。由于Ag的熔點為961℃(1238K)，起始燒結溫度在400～500℃，可以在粘結劑揮發(fā)、燒盡之前開始燒結，有效防止因粘結劑揮發(fā)而留下孔洞造成的氣體泄漏。高溫區(qū)(500℃)由Ag實現(xiàn)密封，低溫區(qū)(500℃)以下由銀膏中的有機物密封，這樣可以實現(xiàn)二者的合理銜接，密封效果好。由于銀膏封接所形成的封接區(qū)域最終是由小顆粒的銀燒結成的多晶近乎致密的銀形成，而銀作為一種彈性模量較小的金屬，在因升降溫出現(xiàn)熱應力時可以靠較大幅度的變型而緩解熱應力對不同部件的作用，避免薄壁的器件損壞。作為熱的良導體，銀封接材料對熱沖擊擴散快，還可以防止陶瓷部件因溫差太大而發(fā)生損壞。此外，在需要導電的情況下，Ag作為電的良導體還可以實現(xiàn)電路的連接；還可以使電池封接與電池首次工作一次完成。
具體實施例方式
實施例1 平板結構的小型單電池的封接以干壓法制備的YSZ片(直徑13mm，厚約1mm，1300～1400℃燒結8h)為電解質(zhì)器件，以銀為電極和引線，以氧化鋁管(外徑12mm，內(nèi)徑8mm)為導管，按照平化處理——接合——烘干——密封——再烘干的程序和條件進行封接。完成封接的單電池樣品接好引線線路，放入高溫電爐進行單電池測試，以H2為燃料、空氣中的O2為氧化劑，測量不同工作溫度下電池的開路電壓，與理論值比較。結果表明，電池的開路電壓很接近理論值，顯示封接區(qū)域未發(fā)生氣體泄漏，達到了封接的預期效果。
實施例2 串聯(lián)電池組的封接利用本發(fā)明的平化處理——接合——烘干——密封——再烘干的程序和條件對錐管結構的電池組進行封接，利用實施例1的方法進行連接和處理，并在800～900℃進行試驗。結果表明，20節(jié)串聯(lián)電池組的開路電壓達到19V，輸出功率5.86W。
權利要求
1.一種銀導電膠的用途，其特征在于，用于固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)或器件與其他構件間的封接。
2.一種使用銀導電膠進行固體氧化物燃料電池快速封接的方法，包括接合的過程，其特征在于，使用銀導電膠作封接材料，經(jīng)平化處理——接合——烘干的工藝完成對固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)或器件與其他構件間的封接；所說的平化處理是，在封接前，采用機械磨削、拋光或填充、拋光的方法對需要封接的區(qū)域進行加工，獲得平整表面的過程；所說的接合是，在電解質(zhì)或器件與其他構件封接區(qū)域上涂刷厚度在0.5～1mm的銀導電膠，然后，把電解質(zhì)或器件與相連接的構件裝在一起，完成燃料電池部件的接合；所說的烘干是，將已經(jīng)接合的電池部件放在干燥箱或電爐中，控制溫度在100～200℃，經(jīng)歷20～60min的過程。
3.按照權利要求2所述的使用銀導電膠進行固體氧化物燃料電池快速封接的方法，其特征在于，在烘干之后，再進行密封——二次烘干過程；所說的密封是在部件的接合部位涂刷銀導電膠，使其填充滿部件表面空隙和溝壑的過程；所說的再烘干是，進行一次與烘干過程相同的過程。
全文摘要
本發(fā)明的使用金屬導電膠進行固體氧化物燃料電池快速封接的方法屬燃料電池的電解質(zhì)或器件與其他構件間的封接方法。采用銀導電膠作封接材料，經(jīng)封接體平化處理、接合、烘干、密封、再烘干的工藝過程實現(xiàn)封接。平化處理是采用機械磨削、填充、拋光的方法使封接區(qū)域表面平整；接合是在封接區(qū)域涂刷厚度在0.5～1mm的銀導電膠，再把電解質(zhì)或器件與相連接的構件裝在一起；烘干是在100～200℃進行，經(jīng)歷20～60min。用銀導電膠作封接材料，能保證在高溫區(qū)和低溫區(qū)都具有良好的氣密性和器件間的粘結強度，封接材料附著良好、化學性質(zhì)穩(wěn)定和熱應力低。本發(fā)明的封接方法工藝簡單快捷，封接的時間短，且成功率高。
文檔編號H01M8/00GK1414646SQ02133049
公開日2003年4月30日 申請日期2002年9月25日 優(yōu)先權日2002年9月25日
發(fā)明者劉江, 蘇文輝, 呂喆, 紀媛, 裴力, 劉巍, 賀天民 申請人:吉林大學