중?저온의 평판형 고체산화물 연료전지용 sealant로서 750℃에서 접합, 결정화 및 운전이 연속적으로 전개 가능하며, 뛰어난 내열성 및 접합 특성, 그리고 우수한 고온 장기 안정성을 갖는 결정화유리 sealant를 개발하고자, borosilicate계 유리로서 BaO-Al2O3-B2O3-SiO2를 바탕으로 La2O3, ZrO2 및 ...
중?저온의 평판형 고체산화물 연료전지용 sealant로서 750℃에서 접합, 결정화 및 운전이 연속적으로 전개 가능하며, 뛰어난 내열성 및 접합 특성, 그리고 우수한 고온 장기 안정성을 갖는 결정화유리 sealant를 개발하고자, borosilicate계 유리로서 BaO-Al2O3-B2O3-SiO2를 바탕으로 La2O3, ZrO2 및 NiO 등을 첨가하여 모유리를 제조하였으며, 각 조성에 따른 열적 특성, 결정화 거동 및 SOFC 구성원과의 접합 특성 등을 조사하였다. BaO-Al2O3-B2O3-SiO2계 유리의 열적 특성 및 고온 유동성은 B2O3SiO2 함량비 및 BaO의 함량에 따라 크게 좌우되었으며, 젖음성은 도입된 첨가제에 의존하여 변화하였다. 특히 La2O3와 ZrO2는, 유리의 표면장력을 증가시킴에 따라 비젖음성을 크게 향상시켰다. 이에 따라 B2O3SiO2 함량비가 2 또는 3이고, BaO를 35 mol% 함유한 유리들의 경우 Tg가 560 ~ 580℃, Td가 605 ~ 634℃, Ts가 642 ~ 684℃, 그리고 TEC가 104.7 ~ 112.4 × 10-7K이었으며, 동시에 750℃에서의 접합에 적합한 고온 유동성을 보임이 확인되었다. 위와 같은 조성의 각 유리에 대하여 열처리에 따른 결정화 거동 및 제반 물성의 변화를 조사한 결과, 3-LZ(35.0BaO-10.0Al2O3-37.5B2O3-12.5SiO2-2.5La2O3-2.5ZrO2) 및 2-LZ(35.0BaO-10.0Al2O3-33.3B2O3-16.7SiO2-2.5La2O3-2.5ZrO2) 유리가 750℃에서 접합, 결정화 및 운전이 연속적으로 전개 가능한 SOFC용 결정화유리 sealant로서의 요구조건에 가장 잘 부합하는 결정화 거동을 보임을 확인하였다. SOFC 구성원 중 세라믹 고체전해질로서 YSZ, 금속 접속자로서 Inconel 및 SS430을 각각 선택하여, 이들에 대한 3-LZ 및 2-LZ 유리의 접합 특성, 고온 장기 안정성 및 내열 충격성 등을 평가하였다. 이에 따라 고온, 산화?환원 분위기에서의 장시간 열처리에 대하여 3-LZ 및 2-LZ 유리와 YSZ간 또는 SS430간 계면에서는 접합을 저해하는 어떠한 반응도 일어나지 않았으며 균열의 발생 또한 관찰되지 않았다. 그러나 각 유리와 Inconel간 계면에서는 유리에 의한 금속 표면의 심한 부식이 관찰되었다. 또한, thermal cycling test 결과로부터 3-LZ 및 2-LZ 유리 모두 YSZ나 SS430 기판과의 접합에 대해서는 우수한 내열 충격성을 보였으나 Inconel 기판에 대해서는 모두 심한 열팽창 불일치로 인해 충분한 내열 충격성을 보이지 못하였다. 이상의 결과로부터 중?저온형 SOFC 중 금속 접속자로서 SS430을 사용하는 경우, 3-LZ 및 2-LZ 유리가 750℃의 작동온도에서 접합, 결정화 및 운전이 연속적으로 전개 가능한 sealant로서 응용하기에 적합함을 알 수 있었으며, 작동온도에서 장시간 운전시 우수한 고온 장기 안정성을 보임을 확인할 수 있었다.
중?저온의 평판형 고체산화물 연료전지용 sealant로서 750℃에서 접합, 결정화 및 운전이 연속적으로 전개 가능하며, 뛰어난 내열성 및 접합 특성, 그리고 우수한 고온 장기 안정성을 갖는 결정화유리 sealant를 개발하고자, borosilicate계 유리로서 BaO-Al2O3-B2O3-SiO2를 바탕으로 La2O3, ZrO2 및 NiO 등을 첨가하여 모유리를 제조하였으며, 각 조성에 따른 열적 특성, 결정화 거동 및 SOFC 구성원과의 접합 특성 등을 조사하였다. BaO-Al2O3-B2O3-SiO2계 유리의 열적 특성 및 고온 유동성은 B2O3SiO2 함량비 및 BaO의 함량에 따라 크게 좌우되었으며, 젖음성은 도입된 첨가제에 의존하여 변화하였다. 특히 La2O3와 ZrO2는, 유리의 표면장력을 증가시킴에 따라 비젖음성을 크게 향상시켰다. 이에 따라 B2O3SiO2 함량비가 2 또는 3이고, BaO를 35 mol% 함유한 유리들의 경우 Tg가 560 ~ 580℃, Td가 605 ~ 634℃, Ts가 642 ~ 684℃, 그리고 TEC가 104.7 ~ 112.4 × 10-7K이었으며, 동시에 750℃에서의 접합에 적합한 고온 유동성을 보임이 확인되었다. 위와 같은 조성의 각 유리에 대하여 열처리에 따른 결정화 거동 및 제반 물성의 변화를 조사한 결과, 3-LZ(35.0BaO-10.0Al2O3-37.5B2O3-12.5SiO2-2.5La2O3-2.5ZrO2) 및 2-LZ(35.0BaO-10.0Al2O3-33.3B2O3-16.7SiO2-2.5La2O3-2.5ZrO2) 유리가 750℃에서 접합, 결정화 및 운전이 연속적으로 전개 가능한 SOFC용 결정화유리 sealant로서의 요구조건에 가장 잘 부합하는 결정화 거동을 보임을 확인하였다. SOFC 구성원 중 세라믹 고체전해질로서 YSZ, 금속 접속자로서 Inconel 및 SS430을 각각 선택하여, 이들에 대한 3-LZ 및 2-LZ 유리의 접합 특성, 고온 장기 안정성 및 내열 충격성 등을 평가하였다. 이에 따라 고온, 산화?환원 분위기에서의 장시간 열처리에 대하여 3-LZ 및 2-LZ 유리와 YSZ간 또는 SS430간 계면에서는 접합을 저해하는 어떠한 반응도 일어나지 않았으며 균열의 발생 또한 관찰되지 않았다. 그러나 각 유리와 Inconel간 계면에서는 유리에 의한 금속 표면의 심한 부식이 관찰되었다. 또한, thermal cycling test 결과로부터 3-LZ 및 2-LZ 유리 모두 YSZ나 SS430 기판과의 접합에 대해서는 우수한 내열 충격성을 보였으나 Inconel 기판에 대해서는 모두 심한 열팽창 불일치로 인해 충분한 내열 충격성을 보이지 못하였다. 이상의 결과로부터 중?저온형 SOFC 중 금속 접속자로서 SS430을 사용하는 경우, 3-LZ 및 2-LZ 유리가 750℃의 작동온도에서 접합, 결정화 및 운전이 연속적으로 전개 가능한 sealant로서 응용하기에 적합함을 알 수 있었으며, 작동온도에서 장시간 운전시 우수한 고온 장기 안정성을 보임을 확인할 수 있었다.
Various borosilicate glasses were prepared, based on BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 system with the addition of La2O3, ZrO and NiO, in an attempt to develop a suitable glass-ceramic sealant, which can be joined and crystallized at 750℃in sequence, for planar type solid-oxide fuel cells (SOFCs) operating at 750...
Various borosilicate glasses were prepared, based on BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 system with the addition of La2O3, ZrO and NiO, in an attempt to develop a suitable glass-ceramic sealant, which can be joined and crystallized at 750℃in sequence, for planar type solid-oxide fuel cells (SOFCs) operating at 750℃. To estimate the applicability of these glasses as suitable sealants, their thermal resistance and long-term stability were investigated, as well as the thermal property, crystallization behavior and joining characteristics of the parent glass. The thermal property and fluidity of the parent glasses were strongly dependent on the B2O3SiO2 ratio and BaO content, and the wettability was influenced by the type of additive used; La2O3 andor ZrO2 addition improved the non-wetting behavior by increasing the surface tension of the glass. The glasses with B2O3SiO2 ratio of 2 or 3 and BaO content of 35 mol % showed the suitable fluidity for joining at 750℃, and their the thermal properties were found to be as follows; Tg of 560 ~ 580℃, Td of 605 ~ 634℃, Ts of 642 ~ 684℃ and TEC of 104.7 ~ 112.4 × 10-7K. The investigation over the crystallization behavior and the change in several properties according to the heat-treatment confirmed that 3-LZ(35.0BaO-10.0Al2O3-37.5B2O3-12.5SiO2- 2.5La2O3-2.5ZrO2) and 2-LZ(35.0BaO-10.0Al2O3-33.3B2O3-16.7SiO2-2.5La2O3-2.5ZrO2) glasses showed the most suitable crystallization behavior as glass-ceramic sealant for SOFC operating at 750℃. The joining characteristics, long-term stability and thermal shock resistance of these glasses(3-LZ and 2-LZ) with SOFC components were examined using YSZ (as a ceramic electrolyte), Inconel and SS430 (as metal interconnectors). As results, 3-LZ and 2-LZ glasses were joined completely with YSZ and SS430 without cracks, and no adverse reaction caused by interface reaction between glasses and substrates was observed during the extended heat-treatment at 750℃ under both reducing and oxygen atmospheres. However, the severe corrosion of metal surface was observed at glassInconel interfaces. The thermal cycling test confirmed that 3-LZ and 2-LZ showed high thermal shock resistance with YSZ and SS430. The glassInconel joining were readily failed due to high thermal expansion mismatch between glass and Inconel. Based on these results, 3-LZ and 2-LZ glasses were proven to be applicable for glass-ceramic sealant, which can be joined and crystallized at 750℃ in sequence, for planar type solid-oxide fuel cells (SOFCs) with SS430 as a interconnector material and middle low operation temperature of 750℃. Also, these glasses were confirmed to show the long-term thermal and chemical stability for long time operation.
Various borosilicate glasses were prepared, based on BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 system with the addition of La2O3, ZrO and NiO, in an attempt to develop a suitable glass-ceramic sealant, which can be joined and crystallized at 750℃in sequence, for planar type solid-oxide fuel cells (SOFCs) operating at 750℃. To estimate the applicability of these glasses as suitable sealants, their thermal resistance and long-term stability were investigated, as well as the thermal property, crystallization behavior and joining characteristics of the parent glass. The thermal property and fluidity of the parent glasses were strongly dependent on the B2O3SiO2 ratio and BaO content, and the wettability was influenced by the type of additive used; La2O3 andor ZrO2 addition improved the non-wetting behavior by increasing the surface tension of the glass. The glasses with B2O3SiO2 ratio of 2 or 3 and BaO content of 35 mol % showed the suitable fluidity for joining at 750℃, and their the thermal properties were found to be as follows; Tg of 560 ~ 580℃, Td of 605 ~ 634℃, Ts of 642 ~ 684℃ and TEC of 104.7 ~ 112.4 × 10-7K. The investigation over the crystallization behavior and the change in several properties according to the heat-treatment confirmed that 3-LZ(35.0BaO-10.0Al2O3-37.5B2O3-12.5SiO2- 2.5La2O3-2.5ZrO2) and 2-LZ(35.0BaO-10.0Al2O3-33.3B2O3-16.7SiO2-2.5La2O3-2.5ZrO2) glasses showed the most suitable crystallization behavior as glass-ceramic sealant for SOFC operating at 750℃. The joining characteristics, long-term stability and thermal shock resistance of these glasses(3-LZ and 2-LZ) with SOFC components were examined using YSZ (as a ceramic electrolyte), Inconel and SS430 (as metal interconnectors). As results, 3-LZ and 2-LZ glasses were joined completely with YSZ and SS430 without cracks, and no adverse reaction caused by interface reaction between glasses and substrates was observed during the extended heat-treatment at 750℃ under both reducing and oxygen atmospheres. However, the severe corrosion of metal surface was observed at glassInconel interfaces. The thermal cycling test confirmed that 3-LZ and 2-LZ showed high thermal shock resistance with YSZ and SS430. The glassInconel joining were readily failed due to high thermal expansion mismatch between glass and Inconel. Based on these results, 3-LZ and 2-LZ glasses were proven to be applicable for glass-ceramic sealant, which can be joined and crystallized at 750℃ in sequence, for planar type solid-oxide fuel cells (SOFCs) with SS430 as a interconnector material and middle low operation temperature of 750℃. Also, these glasses were confirmed to show the long-term thermal and chemical stability for long time operation.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.