Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-3668
Lahl, Nike
Untersuchungen zur chemischen Kompatibilität zwischen Glasloten und den Komponenten der Hochtemperatur-Brennstoffzelle
135 S., 1999

Bei der Entwicklung der Hochtemperaturbrennstoffzelle mit planarer Bauweise werden gasdichte Materialien als Lote zur Abdichtung der Zelle benötigt. Die Bildung von unerwünschten Reaktionsphasen an den Grenzflächen der Brennstoffzelle kann zur Degradation der Zelle beitragen. In der vorliegenden Arbeit wurde die chemische Kompatibilität an den Grenzflächen zwischen Loten und den Werkstoffen der Komponenten der Hochtemperaturbrennstoffzelle untersucht.

Da Glas und Glaskeramiken am ehesten allen Anforderungen an das Lot gerecht werden können, wurden Aluminoborsilikatgläser auf der Basis der Systeme AO-SiO₂-Al₂O₃- B₂O₃ (A=Ba, Ca und Mg) als Modellglaslote hergestellt. Zusätzlich wurde bei den Glasloten, die MgO enthalten, der Aluminiumoxidgehalt variiert und die Keimbildner TiO₂, ZrO₂, Ni oder Cr₂O₃ zugegeben, um den Kristallisationprozeß besser steuern zu können. Es wurden die charakteristischen Temperaturen der Glaslote, die Kinetik der Kristallisation und die bei der Kristallisation entstehenden Phasen bestimmt. Eine detaillierte Analyse der Eigenschaften von Glasloten und deren Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung wird gegeben.

Zur Untersuchung der chemischen Wechselwirkungen wurden Pulvermischungen aus den pulverisierten Glasloten und den Komponenten der Brennstoffzelle (8YSZ, Ni, Stahl, 1.4742, oder Cr5Fe1Y2O3) hergestellt. Die Pulvermischungen wurden bei 900°C - 1000°C in oxidierender oder reduzierender Atmosphäre ausgelagert und anschließend die Reaktionsphasen bestimmt. Zur Bestimmung der Kinetik der Reaktion wurden Werkstoffverbunde hergestellt, ausgelagert und nachfolgend mit EDX/REM untersucht. Es konnte festgestellt werden, daß Glaslote, die MgO enthalten, zu einer niedrigeren Reaktivität neigen als Glaslote, die CaO oder BaO enthalten. In einigen Glasloten kam es zur Bildung einer Reaktionsschicht, dessen Wachstumskonstante bestimmt wurde. Zusätzlich wurden Werkstoffverbunde unter Einfluß eines elektrischen Feldes ausgelagert und nachfolgend untersucht. Die Unterschiede zwischen der Diffusionrate von Kationen an der positiv- und der negativ geladenen Seite ist meistens vernachlässigbar klein. Die Ergebnisse zeigen, daß Aluminosilikatglaslote ein hohes Potential für die Entwicklung der Brennstoffzelle besitzen.

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