获奖项目名称：

SOFC不锈钢连接体表面沉积合金涂层的高温氧化行为及机理

第一完成单位：

东北大学

项目联系人：

耿树江

联系人电话：

15998247610

联系人邮箱：

gengsj@smm.neu.edu.cn

项目简介：

  固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）被誉为21世纪的绿色能源。然而，其电堆中的关键材料仍是制约其商业化发展的瓶颈。平板型SOFC电堆中铁素体不锈钢连接体在阴极侧的氧化气氛下，表面形成的Cr2O3膜易转化为高价Cr(VI)的挥发物，导致阴极发生Cr中。因此，如何抑制Cr挥发是SOFC领域急需解决的关键科学和技术问题。为阻止Cr挥发，本研究在国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助下，在SOFC不锈钢连接体表面施加防护涂层，以实现涂覆不锈钢热暴露后生成双层氧化物结构，即外层为无Cr、导电的氧化物，内层为保护性的Cr2O3。开展了不锈钢表面不同合金涂层体系的制备和评价工作，研究了涂覆不锈钢在SOFC阴极环境下的高温氧化行为和机理，获得了如下主要创新性成果：
  （1）低Si含量的低Cr Fe-Co-Ni基不锈钢表面溅射表面改性后，表面生成双层氧化物结构，即外层主要为无Cr导电的氧化物(Fe,Co,Ni)3O4，内层为 Cr2O3；
  （2）利用电镀和磁控溅射方法在铁素体不锈钢表面沉积合金涂层，揭示了不同合金涂层涂覆不锈钢的高温氧化机制，发现利用磁控溅射方法沉积的合金涂层在热暴露过程中，溅射涂层的柱状晶结构有利于不锈钢/涂层界面处快速形成Cr2O3膜，有效抑制了不锈钢与涂层之间的元素互扩散；
  （3）溅射涂覆合金涂层热转化的尖晶石涂层（如：CuFe2O4）能有效抑制Cr元素的外迁移，同时明显提升了表面膜的电性能。
  研究成果被国际同行广泛认可，在本领域起到引领性作用。已在Sci期刊发表论文32篇，其中，Journal of Power Sources 发表4篇，Corrosion science  4篇，Journal of Alloys and Compounds 5篇，International Journal of Hydrogen Energy 9篇。被Sci论文他引300余次。
综上，揭示不锈钢连接体用合金涂层热转化和演化机制是指导设计涂层有效抑制Cr外迁移的核心科学问题，通过研究涂覆合金涂层不锈钢的氧化机理，对提高不锈钢连接体涂层综合性能具有重要的科学意义。