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产品 | Thermiculite®(高温固力特)——固体氧化物燃料电池(SOFC)的理想密封材料
- 2020-04-08-

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)是一种高效清洁安静和可靠的电化学发电装置。在中高温下,直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能,其发电效率达45%到60%,热电联产效率高达80%以上。适合作为分散移动电源或大中型电站,可广泛用于固定电站、家庭电源、船舶动力、汽车动力、空间宇航及军事等领域。世界上发达国家普遍把它作为一种战略储备技术。然而,高温密封问题一直是制约SOFC发展的主要技术难点之一。

自从一百年前发明缠绕垫片以来,Flexitallic一直处于流体密封创新领域的最前沿。1998年,Flexitallic建立了密封技术的新标准,即推出Thermiculite®苛刻工况系列垫片材料。今天小编就来为大家推荐两款已被证实适用于SOFC的密封材料——Thermiculite®866和870。
TH866和TH870是专为固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解槽(SOE)的压缩密封而设计的密封材料。它们已经在世界各地的一系列SOFC工况中得到了非常成功的应用。TH866和TH870利用Thermiculite®特技术的独特性能,基于化学膨化蛭石的使用,Flexitallic生产了一系列可用于工业应用的高性能、耐高温的专利密封材料。
蛭石是一种天然矿物,以其耐高温性能、广泛的耐化学性和电绝缘性而著称。蛭石是天然形成的薄片,由许多晶片堆叠而成,每个晶片的厚度为纳米级。这些薄片能够剥落,以便晶片彼此分离。

晶片:每个晶片都是纳米级


部分剥落可以通过加热来实现,从而产生粗糙膨胀的蛭石。然而,晶片也可以通过化学方法有效地相互分离,从而产生一种由这些非常薄的、高纵横比的晶片组成的形式。分离的晶片的柔性非常好,并具有粘性,可以互相粘在一起形成柔性的薄膜。蛭石的自结合性质意味着可以添加额外的化合物,而不需要补充粘合剂。
利用这些特性,Flexitallic开发了一种生产可压缩、弯曲的薄板密封材料的工艺,该材料的厚度和密度受到严格控制。由此产生的板材可以很容易地切成复杂形状的垫片,包括边宽很窄的形状(≥4mm)。可控的制造方法意味着板材可以在不同的厚度范围内生产,以适应不同的设计。Thermiculite®确保在运行中可以形成并维持密封。TH866是一种软质材料,完全不含有机成分,具有可压缩性和柔韧性。

TH866结构

先进的测试设备帮助Flexitallic开发了TH866


由于其独特的化学和物理性质,TH866和TH870都具有很高的耐温性(1000℃),并且由于不含有机成分,在SOFC操作温度下,不存在可以燃烧的挥发性成分。这也意味着敏感的电池化学物质不会中毒。
高温不会导致垫片厚度减小,也不会导致螺栓松弛。因此,在环境温度和操作温度之间的循环过程中,密封是稳定的。
TH866提供卓越的服务性能。图3和图4显示了客户获得的SOFC电池堆密封结果,转载得到客户的完全许可

对于某些SOFC设计,需要使用更软,更易压缩的密封材料。由于这一要求,Flexitallic利用从TH866获得的知识和经验开发了TH870。TH870在低载荷(例如1MPa)下具有更高的可压缩性。TH870的可压缩性约为TH866的十倍。

图1显示了TH870与TH866的载荷 vs 厚度变化。当应力为1MPa时,TH870压缩0.22mm,而TH866垫片在相同载荷下仅压缩0.02mm。

此外,TH870的密封水平与TH866相当,但应用载荷要低得多。这是在环境和高温下的情况。图2显示了环境温度下的80小时泄漏测试   

有关更多信息,请参见Introductionof a Low Sealing Stress Vermiculite Based Compression; S Bond & S Shaw, ECS Trans. 2018 83(1): 159-170。

LS涂层

TH866可以提供额外的玻璃基表面涂层。这种材料被称为TH866LS。在制造过程中,板材两面都会覆上薄的玻璃粉末涂层这样在SOFC电池的操作温度下,涂层熔化,因此减少了接触面的泄漏路径。

使用TH866LS时,无须预先加热到高温(超过SOFC工作温度)去烧结玻璃只要使用温度不低于700℃,则玻璃涂层将形成所需的密封。

请注意866LS现在已经被TH870材料所取代。


产品特点总结:


TH866

·  被公认为是SOFC技术的领先开发商实现高密封效率的首选材料

·  确保在运行中形成并保持密封

·  不存在可以燃烧的挥发性成分

·  高温下,垫片厚度不会减少

·  密封性能不会因热循环而降低

TH870:

       ·   密封能在非常低的表面应力下实现

·   非常高的压缩率

·   密封性能不会因热循环而降低

·    像TH866一样易于切割