Search papers

Article details

  • Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials
  • Vol: 70, Issue: 3, 2018
  • pp: 205-220

download: article (PL)

Thermophysical properties of glass solders designed for application in intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs)

Abstract (EN)

The aim of the presented study was to obtain glass solders based on barium silicate glasses and to evaluate their thermophysical properties in view of their potential application as seal materials for planar-type intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) operating at 800 °C. The materials prepared as a part of the investigation included three types of samples with compositions of SiO2-Bi2O3-Al2O3-BaO-MgO-CaO-La2O3 (set 1), SiO2-Bi2O3-BaO-MgO-ZnO (set 2) and SiO2-BaO-ZnO (set 3) as well as a glass/metal joint in which the heat-resistant Crofer 22 H ferritic steel was applied as the metallic interconnect. The suitability of the obtained glass was assessed based on a number of physicochemical investigations, including: thermal analysis conducted by means of DTA/DSC techniques, dilatometric measurements of linear coefficient of thermal expansion,  X-ray diffraction analysis (XRD), infrared spectroscopy (FTIR), and study of the meltability of glass samples on substrates composed of either steel or aluminium oxide, performed by means of a high-temperature heating microscope. The performed research also involved morphological observations and analysis of the chemical composition of the glass/ferritic steel joint obtained after oxidation at 800 °C for 200 h in air, using scanning electron microscopy (SEM) combined with an X-ray energy dispersion (EDS). The results indicate that the sealant with the composition of the set 1 meets the requirements set for glass solders applied in planar-type IT-SOFC stacks.

Keywords (EN): Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells (IT-SOFC), Glass sealant, Barium silicate glass

Właściwości termofizyczne lutów szklanych dla ogniw paliwowych typu IT-SOFC

Pleśniak J., Ciecińska M., Środa M., Marczyński M., Rutkowski P., Brylewski T.

Abstract (PL)

Celem pracy było otrzymanie lutów szklanych na bazie szkieł krzemianowo-barowych oraz zbadanie ich właściwości termofizycznych w celu rozważenia zastosowania ich jako uszczelnienie w średniotemperaturowych, stałotlenkowych ogniwach paliwowych typu IT-SOFC (ang. intermediate-temperature solid oxide fuel cells) w układzie planarnym, przewidzianych do pracy w temperaturze 800 °C. Przygotowano trzy zestawy szkieł o składach: SiO2-Bi2O3-Al2O3-BaO-MgO-CaO-La2O3 (zestaw 1), SiO2-Bi2O3-BaO-MgO-ZnO (zestaw 2) i SiO2-BaO-ZnO (zestaw 3) oraz złącze układu szkło/metal, w którym w charakterze metalicznego interkonektora zastosowano żaroodporną stal ferrytyczną gatunku Crofer 22 H. Ocenę przydatności szkieł przeprowadzono na podstawie szeregu badań fizykochemicznych, obejmujących: analizę termiczną z wykorzystaniem technik DTA/DSC, pomiary dylatometryczne liniowego współczynnika rozszerzalności cieplnej, analizę dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD), badania spektroskopowe w podczerwieni (FTIR) oraz badania topliwości próbek szkła na podłożach stalowym i z tlenku glinu  przy pomocy wysokotemperaturowego mikroskopu grzewczego. Wykonano również obserwacje morfologiczne oraz analizę składu chemicznego złącza szkło/stal ferrytyczna, otrzymanego po utlenianiu w 800 °C przez 200 godz. w powietrzu, przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) połączonej z dyspersją energii promieniowania rentgenowskiego (EDS). Wyniki tych badań wskazują, że spoiwo ze szkła zestawu 1 spełnia wymagania stawiane lutom szklanym dla planarnych stosów ogniw paliwowych typu IT-SOFC.

Keywords (PL): stałotlenkowe ogniwo paliwowe IT-SOFC, spoiwo szklane, szkło krzemianowo-barowe

return…