高熵合金反应共烧保护层/接触层双层结构在SOFC阴极侧的应用

摘要

铁素体不锈钢是固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）中常用的连接体材料，但是不锈钢合金在SOFC的工作温度（600℃～850℃）下仍存在表面高温氧化、Cr元素“毒化”阴极以及连接体与阴极接触面积不充分等问题。针对以上难题，本研究选用MnCoNiFeCu合金粉末作为致密保护层和多孔接触层的前驱材料，合成浆料后丝网印刷至SUS 430表面上并在900℃空气烧结2 h，分别研究了保护层和接触层在烧结之后的相组成和微观结构演变。在模拟的SUS430连接体/保护层/接触层/电池阴极/阴极支撑测试样品中，通过反应共烧制备了高熵尖晶石基保护层和接触层的双层结构。在1000 h恒温面电阻（Area-Specific Resistance,ASR）测试中，样品ASR值稳定保持在22.04 mΩ·cm²～22.71 mΩ·cm²，而热循环测试导致样品ASR急剧增加。通过对测试样品横截面的分析，研究了高熵尖晶石基双层结构与相邻组件的相容性以及热稳定性。此外，还评估了高熵尖晶石基双层结构抑制Cr₂O₃膜的生长和阻止Cr从连接体向阴极迁移的有效性。

关键词

固体氧化物燃料电池 / 高熵尖晶石 / 反应共烧 / 尖晶石 / 双层结构

基金资助

中国科学院前瞻战略科技先导专项(XDA0400000); 上海市嘉定区科技创新“揭榜挂帅”项目; 上海市2023年度“科技创新行动计划”科技支撑碳达峰碳中和项目(23DZ1201803); 江西省科技合作计划重点项目(20212BDH80005); 上海市科技计划项目(21DZ1207700)