基于应力分析Ni-Fe合金支撑固体氧化物燃料电池的结构稳定性研究

李凯¹，李霄¹，李箭²，谢佳苗³

1. 西安石油大学材料科学与工程学院2. 华中科技大学材料科学与工程学院材料成型及模具技术国家重点实验室3. 西北工业大学工程力学系

摘 要：本文以NiO和Fe₂O₃为原料,应用流延、丝网印刷、高温共烧结和原位还原的工艺制备多孔金属支撑固体氧化物燃料电池（MS-SOFC）。系统研究了支撑体中Fe含量对MS-SOFC的残余应力、抗弯断裂强度和电化学稳定性的影响。结果表明,在NiO中加入10at%Fe₂O₃,使得支撑体致密化开始温度提高到937℃,残余应力和变形翘曲度分别低至70 MPa和0.15 mm;电池还原之后,Ni_0.9Fe_0.1支撑SOFC骨架表面孔隙率为40.22%,抗弯断裂强度达到最大值62.34 MPa;电化学测试过程中,Ni_0.9Fe_0.1支撑SOFC在650℃下,以H₂为燃料,在400 mA·cm^–2电流密度下可以稳定运行60 h,主要因为电池具有较高的抗弯断裂强度,能够抵抗运行过程中的热应力。该研究工作为MS-SOFC结构设计和性能稳定性优化提供重要的理论依据。

关键词：金属支撑固体氧化物燃料电池;Ni-Fe合金支撑体;热应力;