XRD用于固体燃料电池电堆密封材料的筛选

服务单位：中国科学院宁波材料技术与工程研究所

用户名称：中国科学院宁波材料技术与工程研究所燃料电池事业部

所使用的仪器设备设施名称：多晶X射线粉末衍射仪(XRD)

【基本情况】燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂（空气）中的化学能，通过电化学方式直接转化为电能的装置，具有高效、环境友好、可连续运转、模块化、低运转噪音以及效率不随电池功率和负荷大小而变化等特点。国际能源界预测，燃料电池是21世纪最有吸引力的发电方式之一。

固体氧化物燃料电池(SOFC)采用固体氧化物作为电解质，除了上述的特点外，它无电解液腐蚀等问题；在高的工作温度下电池排出的高质量余热可以充分利用，综合效率超过80%，高于任何一种传统的发电机和其它类型的燃料电池；SOFC系统涉及的领域极其广泛，包括电力、能源、建筑的供电供热、化工、交通运输、电子控制和传感器、环境等。能源和电力是最大的工业，近来已有官方机构将再生能源及其相关技术作为今后20年就业增长最快的行业。SOFC可用于热电联产电站、火车和舰船的发动机、卡车和轿车的辅助电源、分布式电源等。

宁波材料所燃料电池事业部是目前国内最大的固体氧化物燃料电池（SOFC）研发机构，有着多年的SOFC粉末，单电池，电堆等相关产品的研发和生产经验，拥有遍及北美，欧洲，亚洲等各国和地区的数百家客户，主要产品为SOFC用纳米阴极粉末，半电池、单电池、和电池堆。

在平板式电堆中, 密封材料置于单电池和连接体之间, 将燃料和氧化气体限制在各自的空间里。对实际运行的SOFC而言，密封材料非常重要。若SOFC密封材料出现问题，将导致氧气和燃料电池相混合，不仅降低燃料电池利用率，而且可能使SOFC失效，甚至有可能发生爆炸。电池堆通常工作于600℃～800℃的高温环境中，在高温下，密封材料很可能发生物性状态的改变、物相变化、甚至发生分解或裂解反应，这都会给密封性能带来破坏性影响。我们所采用的是玻璃粉作为密封材料，玻璃材料在长时间高温工作条件下微观组织和成分的不稳定性以及热循环性都是在设计玻璃密封时需要重点关注的。

【取得成效】

宁波材料所测试中心利用原位XRD测试表征了不同密封材料在不同温度下微观结构的变化情况，最终筛选了C材料作为电堆的密封材料，应该用到电堆模块生产中表明该材料在热循环过程中的密封性能达到100%，为模块的正常运行和质量的提高提供了重要保障，2012年用该材料制成电堆的销售额超过100万，给燃料电池事业部带来了良好的经济效益和社会效益。