СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ГЕРМЕТИКИ НА ОСНОВЕ СИЛИКАТА БАРИЯ-КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ТОТЭ

BARIUM-CALCIUM SILICATE GLASS-CERAMIC SEALANTS FOR SOFCS

 

Жигачев Андрей Олегович, канд. физ.-мат. наук, ФГБУ Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН), Россия, г. Черноголовка, zhigachev@issp.ac.ru

Агаркова Екатерина Алексеевна, аспирант, , ФГБУ Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН), Россия, г. Черноголовка, stepanova.ea@issp.ac.ru

Бредихин Сергей Иванович, докт. физ.-мат. наук, , ФГБУ Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН), Россия, г. Черноголовка, bredikhin@issp.ac.ru

 

Andrey Zhigachev, candidate of physical-mathematical sciences, ISSP RAS, Russia, Chernogolovka, zhigachev@issp.ac.ru

Ekaterina Agarkova, PhD student, ISSP RAS, Russia, Chernogolovka, stepanova.ea@issp.ac.ru

Sergey Bredikhin, doctor of physical-mathematical sciences, ISSP RAS, Russia, Chernogolovka, bredikhin@issp.ac.ru

 

Аннотация. Важным компонентом твердооксидных топливных элементов является герметик, который обеспечивает разделение газовых потоков и механическую целостность батареи элементов. В настоящей работе мы исследовали герметик системы BaO-CaO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃ с различающимся соотношением BaO-CaO и оценивали его пригодность в качестве высокотемпературного герметика в топливных элементах. Исследование показало, что наиболее подходящую температуру размягчения и термомеханические показатели имеет стекло состава 0,35 BaO, 0,10 CaO, 0,47 SiO₂, 0,07 Al₂O₃, 0,01 B₂O₃ (мольные доли). Однако для применения его в качестве герметика требуется снижение вязкости за счёт введения подвижных, легкоплавких компонентов.

Abstract. Hermetic sealant is an important component of solid oxide fuel cells. Its functions include isolation of gas flows and provision of mechanical strength to a cell battery. In the present study we investigated BaO-CaO-SiO2-Al2O3-B2O3 with various BaO-CaO ratios and assessed its applicability as a high-temperature sealant in fuel cells. The study has shown that the best combination of thermomechanical properties and softening point is found in 0,35 BaO, 0,10 CaO, 0,47 SiO2, 0,07 Al2O3, 0,01 B2O3 (molar fractions) glass. However, its use as a sealant requires lowering its viscosity by introduction of low-melting low-viscosity components into the glass.

Ключевые слова: стеклокерамика, ТОТЭ, фазовый состав.

Keywords: glass-ceramics, SOFC, phase composition

Литература

1. U. Tulyaganov, A.A. Reddy, V. V Kharton, J.M.F. Ferreira, Aluminosilicate-based sealants for SOFCs and other electrochemical applications − A brief review, J. Power Sources. 242 (2013) 486–502. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.05.099.
2. Singh, T. Walia, Review on silicate and borosilicate-based glass sealants and their interaction with components of solid oxide fuel cell, Int. J. Energy Res. (2021).
3. A. Reddy, D.U. Tulyaganov, M.J. Pascual, V. V Kharton, E. V Tsipis, V.A. Kolotygin, J.M.F. Ferreira, Diopside–Ba disilicate glass–ceramic sealants for SOFCs: Enhanced adhesion and thermal stability by Sr for Ca substitution, Int. J. Hydrogen Energy. 38 (2013) 3073–3086. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.12.074.
4. Namwong, N. Laorodphan, W. Thiemsorn, M. Jaimasith, A. Wannakon, T. Chairuangsri, A barium-calcium silicate glass for use as seals in planar SOFCs, Chiang Mai J. Sci. 37 (2010) 231–242.
5. Li, J. Yang, D. Yan, P. Feng, J. Pu, Evaluation and Application of a Novel BaO—CaO—SiO2—CoO—B2O3 Based Glass-Ceramic Sealing Material for Solid Oxide Fuel Cells, J. Electrochem. Energy Convers. Storage. 14 (2017).
6. Ayawanna, N. Kingnoi, N. Laorodphan, Effect of bismuth oxide on crystallization and sealing behavior of barium borosilicate glass sealant for SOFCs, J. Non. Cryst. Solids. 509 (2019) 48–53.

References

1. U. Tulyaganov, A.A. Reddy, V. V Kharton, J.M.F. Ferreira, Aluminosilicate-based sealants for SOFCs and other electrochemical applications − A brief review, J. Power Sources. 242 (2013) 486–502. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.05.099.
2. Singh, T. Walia, Review on silicate and borosilicate-based glass sealants and their interaction with components of solid oxide fuel cell, Int. J. Energy Res. (2021).
3. A. Reddy, D.U. Tulyaganov, M.J. Pascual, V. V Kharton, E. V Tsipis, V.A. Kolotygin, J.M.F. Ferreira, Diopside–Ba disilicate glass–ceramic sealants for SOFCs: Enhanced adhesion and thermal stability by Sr for Ca substitution, Int. J. Hydrogen Energy. 38 (2013) 3073–3086. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.12.074.
4. Namwong, N. Laorodphan, W. Thiemsorn, M. Jaimasith, A. Wannakon, T. Chairuangsri, A barium-calcium silicate glass for use as seals in planar SOFCs, Chiang Mai J. Sci. 37 (2010) 231–242.
5. Li, J. Yang, D. Yan, P. Feng, J. Pu, Evaluation and Application of a Novel BaO—CaO—SiO2—CoO—B2O3 Based Glass-Ceramic Sealing Material for Solid Oxide Fuel Cells, J. Electrochem. Energy Convers. Storage. 14 (2017).
6. Ayawanna, N. Kingnoi, N. Laorodphan, Effect of bismuth oxide on crystallization and sealing behavior of barium borosilicate glass sealant for SOFCs, J. Non. Cryst. Solids. 509 (2019) 48–53.