一种SOFC金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法与流程

本申请涉及固体氧化物燃料电池，特别涉及一种sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，sofc）由于全固态、高效、排放物清洁等优势而备受青睐。由于技术的不断进步，sofc的工作温度逐渐下降到650-800℃，使得金属材料开始代替陶瓷连接体进行使用。由于金属连接体长期在氧化气氛中工作，其表面被持续氧化并引起阴极cr毒化现象逐渐严重。为了提高金属连接体的服役寿命，减缓阴极毒化，目前普遍使用涂层法来改善上述现象，但在高温氧化过程中，现有的金属连接体表面涂层由于热应力作用极可能出现微裂纹，导致服役寿命减少。因此，本申请提出一种sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本申请的主要目的是提供一种sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，旨在解决现有的金属连接体表面涂层在高温服役过程中容易出现裂纹的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请提出了一种sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，包括以下步骤：

3、将五水硫酸铜和乙二胺四乙酸二钠混合溶解后，静置，再加入一水硫酸锰溶解后，加入硫酸铵、硼酸、十二烷基硫酸钠和氧化铈搅拌均匀，超声，再调节ph至酸性，得到电解液；

4、以金属连接体为阴极，以石墨为阳极，在所述电解液中进行脉冲电沉积后，在所述金属连接体表面得到cu-mn-ce合金镀层；

5、对所述cu-mn-ce合金镀层进行干燥，再进行烧结，得到cu-mn-ce稀土改性涂层。

6、可选地，所述将五水硫酸铜和乙二胺四乙酸二钠混合溶解后，静置，再加入一水硫酸锰溶解后，加入硫酸铵、硼酸、十二烷基硫酸钠和氧化铈搅拌均匀，超声，再调节ph至酸性，得到电解液的步骤，包括：

7、将五水硫酸铜和乙二胺四乙酸二钠混合溶解后，静置50min-70min，再加入一水硫酸锰溶解后，加入硫酸铵、硼酸、十二烷基硫酸钠和氧化铈搅拌均匀，超声25min-35min，再加入20%的硫酸调节ph至酸性，得到电解液。

8、可选地，所述五水硫酸铜的浓度为2.5g/l-5g/l，所述乙二胺四乙酸二钠的浓度为2.5g/l-12.5g/l，所述一水硫酸锰的浓度为16.9g/l-33.8g/l，所述硫酸铵的浓度为9g/l-17g/l，所述硼酸的浓度为3g/l-9g/l，所述十二烷基硫酸钠的浓度为0.005g/l-0.015g/l，所述氧化铈的浓度为0.01g/l-0.04g/l。

9、可选地，所述进行脉冲电沉积的步骤中，沉积电压为120v，沉积占空比为20%-80%。

10、可选地，所述进行脉冲电沉积的步骤中，沉积温度为25℃-55℃，沉积时间为10min-40min，转速为200r/min-300r/min。

11、可选地，所述cu-mn-ce合金镀层的厚度为15μm。

12、可选地，所述以金属连接体为阴极，以石墨为阳极的步骤中，所述金属连接体为铁素体不锈钢连接体。

13、可选地，所述对所述cu-mn-ce合金镀层进行干燥步骤前，将所述cu-mn-ce合金镀层进行清洗，去除所述cu-mn-ce合金镀层表面的酸性电解液。

14、可选地，所述对所述cu-mn-ce合金镀层进行干燥的步骤中，干燥温度为60℃-80℃，干燥时间为8h-12h。

15、可选地，所述进行烧结的步骤中，烧结温度为700℃-900℃，烧结时间为2h-4h。

16、本申请首先制备用于沉积cu-mn-ce合金镀层的电解液，由于实现金属盐共沉积一般需要两个元素沉积电位尽可能相近，但cu2+/cu标准电位为0.337 vh，mn2+/mn标准电位为-1.180 vh，故cu和mn的沉积电位相差较大，只有溶液中含有极少量的正电位盐才可能实现共沉积，故而本申请在制备电解液时添加了络合剂乙二胺四乙酸二钠，使cu2+和mn2+络合，以拉近cu和mn的沉积电位来实现二者的共沉积，从而解决了cu和mn因沉积电位差异大而难以共沉积的问题，同时在电解液中掺入了稀土元素ce以对涂层进行改性，再采用脉冲电沉积的方法，在金属连接体表面制备得到cu-mn-ce合金镀层，再经过干燥和烧结得到cu-mn-ce稀土改性涂层。在sofc金属连接体长期服役过程中，经过高温氧化后，cu-mn-ce稀土改性涂层转变为(cu,mn)3o4-ceo2复合涂层，而(cu,mn)3o4涂层呈尖晶石结构，其具有良好的导电性，同时ceo2稀土元素沉积在涂层晶界，可使过渡氧化层与基体间的孔洞和裂纹明显减少，从而增强了过渡氧化层与基体之间的结合力，阻碍了微裂纹的扩展，且采用脉冲电沉积的方法不仅成本低廉，还可使所得涂层的致密性较高，对于批量化制备金属连接体表面涂层具有重要意义。

技术特征：

1.一种sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，其特征在于，所述将五水硫酸铜和乙二胺四乙酸二钠混合溶解后，静置，再加入一水硫酸锰溶解后，加入硫酸铵、硼酸、十二烷基硫酸钠和氧化铈搅拌均匀，超声，再调节ph至酸性，得到电解液的步骤，包括：

3.根据权利要求1所述的sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，其特征在于，所述五水硫酸铜的浓度为2.5g/l-5g/l，所述乙二胺四乙酸二钠的浓度为2.5g/l-12.5g/l，所述一水硫酸锰的浓度为16.9g/l-33.8g/l，所述硫酸铵的浓度为9g/l-17g/l，所述硼酸的浓度为3g/l-9g/l，所述十二烷基硫酸钠的浓度为0.005g/l-0.015g/l，所述氧化铈的浓度为0.01g/l-0.04g/l。

4.根据权利要求1所述的sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，其特征在于，所述进行脉冲电沉积的步骤中，沉积电压为120v，沉积占空比为20%-80%。

5.根据权利要求1所述的sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，其特征在于，所述进行脉冲电沉积的步骤中，沉积温度为25℃-55℃，沉积时间为10min-40min，转速为200r/min-300r/min。

6.根据权利要求1所述的sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，其特征在于，所述cu-mn-ce合金镀层的厚度为15μm。

7.根据权利要求1所述的sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，其特征在于，所述以金属连接体为阴极，以石墨为阳极的步骤中，所述金属连接体为铁素体不锈钢连接体。

8.根据权利要求1所述的sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，其特征在于，所述对所述cu-mn-ce合金镀层进行干燥步骤前，将所述cu-mn-ce合金镀层进行清洗，去除所述cu-mn-ce合金镀层表面的酸性电解液。

9.根据权利要求1所述的sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，其特征在于，所述对所述cu-mn-ce合金镀层进行干燥的步骤中，干燥温度为60℃-80℃，干燥时间为8h-12h。

10.根据权利要求1所述的sofc金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，其特征在于，所述进行烧结的步骤中，烧结温度为700℃-900℃，烧结时间为2h-4h。

技术总结
本申请公开了一种SOFC金属连接体表面稀土改性涂层的制备方法，涉及固体氧化物燃料电池技术领域。包括以下步骤：将五水硫酸铜和乙二胺四乙酸二钠混合溶解后，静置，再加入一水硫酸锰溶解后，加入硫酸铵、硼酸、十二烷基硫酸钠和氧化铈搅拌均匀，超声，再调节pH至酸性，得到电解液；以金属连接体为阴极，以石墨为阳极，在电解液中进行脉冲电沉积后，在金属连接体表面得到Cu‑Mn‑Ce合金镀层；对Cu‑Mn‑Ce合金镀层进行干燥，再进行烧结，得到Cu‑Mn‑Ce稀土改性涂层。本申请的稀土改性涂层使稀土元素沉积在涂层晶界，可使过渡氧化层与基体间的孔洞和裂纹明显减少，增强过渡氧化层与基体间的结合力，阻碍微裂纹的扩展。

技术研发人员：伍彩虹,雷宪章,张安安
受保护的技术使用者：成都岷山绿氢能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16