Optymalizacja parametrów lutowania próżniowego i w atmosferze powietrza elementów ogniw paliwowych

• Autorzy: Reichle M. S. , Koppitz T. , Federmann D. , Reisgen U.

Warianty tytułu

EN

Special measuring methods for the optimization of high temperature brazing with glass solders and reactive brazing filler metals in air for components of the high temperature solid oxide fuel cell

• Konferencja: 3. Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna Postęp w Technologiach Lutowania, Wrocław, 20-22 września 2010
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Gotowe do użytku wysokotemperaturowe ogniwo paliwowe SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) charakteryzuje się prostą konstrukcją różnych z punktu widzenia materiałoznawstwa elementów, które tylko za pomocą zaawansowanych procesów mogą prawidłowo zostać ze sobą połączone. W zależności od przewidywanego ich zastosowania, jako stacjonarny lub przenośny element, powstały dwa różniące się rozwiązania konstrukcyjne, które wymagają odmiennego procesu łączenia. Głównym procesem w przypadku stacjonarnego modelu jest łączenie segmentu SOFC za pomocą zapewniającego izolację elektryczną lutu ceramiczno-szklanego. W przenośnym modelu segment SOFC składa się z pojedynczych kaset, w których warstwa zestalonego elektrolitu (8YSZ) jest lutowana za stalowym oknem segmentu za pomocą lutu metalicznego. Lutem metalicznym jest srebro (Ag) z niewielkimi dodatkami polepszającymi zwilżalność (CuO, TiH2. Decydująca w doborze lutu w obu przypadkach procesu lutowania jest możliwość ich użycia w normalnej atmosferze (powietrze), a więc warunkach utleniających. Tych procesów lutowania nie można traktować jako standardowe, gdyż wymagają one ciągłej optymalizacji ze względu na zastosowanie różnych gazów w procesie użytkowania (wodór, metan, tlen) i wysokich temperatur procesu oraz na ciągłe zmiany konstrukcyjne w segmentach SOFC.

EN

The functional principle of an operational solid oxide fuel cell (SOFC) is quite simple indeed, but the materials of the component parts are extremely dissimilar, wherefore only highly developed thermal joining processes can professionally join these components. Depending on the intended fields of application, on one hand a stationary and on the other hand a mobile operating, two quite different types of constructions had been designed. Each of these demands a diverse joining technology. The main joining process of the stationary design is the electrically isolating bonding of single steel plates with a glass-ceramic solder to build up a SOFC stack. In the mobile design a SOFC stack consists of single cassettes, at which a solid electrolyte layer (8YSZ) is brazed to a window sheet of the steel cassette with a brazing filler metal (BFM). This BFM is silver with low constituents of wetting enhancing additives (CuO, TiH2). The applicability in natural air, ergo under oxidising conditions, is essential for both of these brazing processes. These two brazing processes can not be regarded as standard joining processes, as they require permanently optimisation because of the different process gases (hydrogen, methane, oxygen), high operating temperature, and repeated changes of the construction of the SOFC. The FZJ-ZAT (work group: Special Joining Technology, Development and Application) developed special metrological and visual methods in order to study the joining properties of the brazing materials more detailed and to modify them closer matching to the changeable requirements. So the shrinkage of glass solder coatings and the viscosity of molten Silver-BFM are studied by dilatometric measurements. The melting process of Silver-BFM is in situ documented by the means of high temperature endoscope videos.

Słowa kluczowe

PL

optymalizacja; lutowanie próżniowe; lutowanie; ogniwo paliwowe

EN

optimization; high temperature brazing; brazing; fuel cell

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 82, nr 10
• Strony: 3--11
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., il.

Twórcy

autor

Reichle M. S.

autor

Koppitz T.

autor

Federmann D.

autor

Reisgen U.

• Parker Hannifin GmbH, Niemcy

Bibliografia

• [1] N.H. Menzler, G. Blaß, S. Giesen, H.P. Buchkremer: Processing and Quality Control of Planar SOFC Components; Mat. -wiss. u. Werkstofftech. 33, 2002.
• [2] Werkstoffdatenblatt Nr. 4146, Crofer ® 22 APU, Thyssen-Krupp VDM GmbH, Plettenberger Straße 2, 58791 Werdohl, Ausgabe Jan. 2010.
• [3] Caspar F., Grunwald D., Koppitz Th.: patent DE 197 12 066 C2, 1997.
• [4] Produktinformation Schott Technische Gläser; SCHOTT AG; Postfach 2480 D-55014 Mainz Hattenbergstraße 10; 5-1999.
• [5] S.M. Gross, Th. Koppitz, J. Remmel, J.B. Bouche, U. Reisgen: Joining properties of a composite glass-ceramic sealant; Fuel Cell Bulletin 9, 2006.
• [6] Sung Tae Kim, Chong Hee Kim; Interfacial reaction product and its effect on the strength of copper to alumina eutectic bonding, Journal of Materials Science 27, 1992.
• [7] K.S. Weil, J.Y. Kim, and J.S. Hardy: Development of Brazing Technology for Use in High-Temperature Gas Separation Equipment, Oral Presentation, 17th Annual Conference on Fossil Energy Materials; Baltimore Maryland, 2003.
• [8] H. Nishiura, R.O. Suzuki, K. Ono, L.J. Gauckier: Experimental Phase Diagram in the Ag-Cu2O-CuO System; J. Am. Ce-ram. Soc.; 81 [8] 1998.
• [9] M.S. Reichle, U. Reisgen, Th. Koppitz, D. Federmann: Investigation of Reactive Air Brazing (RAB) with Silver Based Brazing Filler Metals (BFM) to Improve the Joining Technology for the High Temperature Solid Oxide Fuel Cell (SOFC); Oral Presentation Session A10, 8th European SOFC Forum; Lucerne Switzerland, July 2008.
• [10] informacje w internacie: strona domowa IEF; www.fz-juelich.de/ief/ief3/index.php?index=95