Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

วัสดุกันแก๊สรั่วในเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Gas - sealing materials for solid oxide fuel cells

Year (A.D.)

2003

Document Type

Thesis

First Advisor

ศิริขันว์ เจียมศิริเลิศ

Second Advisor

สุมิตรา จรสโรจน์กุล

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

เทคโนโลยีเซรามิก

DOI

10.58837/CHULA.THE.2003.874

Abstract

จุดประสงค์ของงานวิจัยนี้เพื่อ ต้องการหาวัสดุที่มีความสามารถในการป้องกันการรั่วของแก๊สได้ดี โดยทำการศึกษากาวเซรามิก ทางการค้าที่มีการขยายตัวทางความร้อนใกล้เคียงกับส่วนต่างๆ ของเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง เช่นกาวเซรามิกชนิด 516 569 571 575 584 586 645N 685 835 และ 3062 วัสดุป้องกันแก๊สรั่วแบบวัสดุเชิงประกอบของผงแก้วไพเรกซ์ ผสมกับผง YSZ อิเล็กโทรไลด์ และสารเติมแต่งโซเดียมอะลูมิเนต และวัสดุป้องกันแก๊สรั่วแบบ วัสดุเชิงประกอบ โดยนำวัสดุป้องกันแก๊สรั่วแบบวัสดุเชิงประกอบของผงแก้วไพเรกซ์ผสมกับผง YSZ อิเล็กโทรไลต์ มาใช้ร่วมกับเส้นใยเซรามิก 650 ทำการศึกษาสมบัติการยึดติด การเข้ากันได้ ทางเคมีกับส่วนต่างๆ ของเซลล์เชื้อเพลิง ความพรุนปรากฏ ค่าการขยายตัวทางความร้อน การยึด ติดเมื่อผ่านวัฎจักรความร้อน และวัดอัตราการรั่วของแก๊สที่อุณหภูมิ 800 °c โดยใช้แก๊สฮีเลียมที่ความดัน 2 psig และใช้แรงอัดกดลงบนหน้าแปลน 25 psi ผลปรากฏว่ากาวเซรามิกที่มีส่วนผสมหลักเป็นอะลูมินาเข้ากันได้ทางเคมีกับส่วนต่างๆ ของเซลล์ได้ดี แต่มีอัตราการรั่วของแก๊สสูง ประมาณ 0.5 cm³ / min . cm เนื่องจากกาวเซรามิกมี ความรูพรุนมาก ส่วนวัสดุป้องกันแก๊สรั่วแบบวัสดุเชิงประกอบทำปฏิกิริยากับส่วนต่างๆ ของเซลล์ และเกิดเฟสคริสโตบาไลต์ ซึ่งมีการขยายตัวสูงในช่วงอุณหภูมิระหว่าง 30 - 200 °c ทำให้เซลล์ เชื้อเพลิงเกิดความเสียหาย แต่ป้องกันการรั่วของแก๊สได้ดี โดยมีอัตราการรั่วประมาณ 10⁻⁴ cm³ / min. cm เมื่อทดสอบที่วัฎจักรความร้อนที่ 3 เป็นเวลา 36 ชั่วโมง นอกจากนั้นเมื่อนำวัสดุป้องกัน แก๊สรั่วแบบวัสดุเชิงประกอบมาใช้ร่วมกับเส้นใยเซรามิก 650 พบว่าอัตราการรั่วต่ำประมาณ 10⁻⁴ cm³ / min . cm เมื่อทดสอบที่วัฎจักรความร้อนที่ 3 โดยไม่ทำให้เซลล์เชื้อเพลิงเกิดความเสียหาย

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

The purpose of this study was to investigate suitable sealing materials that prevent gas leakage in solid oxide fuel stack. Ceramic adhesives such as cerabond 516, 571, 569, 575, 584, 586, 645N, 685, 835 and 3062 that have the coefficients of thermal expansion close to that of solid oxide fuel cells component, ceramic - glass composite seals (consisting of Pyrex glass, ceramic powder of YSZ electrolyte and sodium aluminate additive) and composite seal using ceramic - glass composites with ceramic fiber 650 were selected in this paper. This study was concentrated on bonding between ferritic stainless steel and YSZ pellet, chemical compatibility in both oxidizing and reducing atmospheres, apparent porosity, coefficient of thermal expansion, thermal cycles, and gas leakage at 800 °c using He gradient pressure at 2 psig and dead load at 25 psi. It was found that the selected ceramic adhesives were not suitable as sealing because they had high leakage rate ≈ 0.5 cm³ / min . cm corresponding to the high apparent porosity. The ceramic - glass composites had detrimental phase cristobalite after the first thermal cycle (12 hrs) contributed to crack in seal although the gas leakage rate was low ≈ 10⁻⁴ cm³ / min . cm after the third thermal cycle (36 hrs). A composite seal containing ceramic fiber seemed promising from the low gas leakage rate ≈ 10⁻⁴ cm³ / min . cm after the third thermal cycle without deteriorating the cell components.

Link to Full Text

Share

COinS