液态金属高温电池密封材料的研究

液态金属电池（Liquid Metal Battery）是近年来在MIT发展起来一类廉价高效大规模储能装置。它具有储能价格低、电极结构简单、易于放大和生产、电荷/离子传输阻力小、充放电倍率高功率密度高、电极无形变、无枝晶生长、运行寿命长、维护成本低等优点，使其有应用于大规模储能领域的潜力。但由于都是使用活泼金属且是在高温运行工作，必须使电池内部与外界空气隔离，这就要求液态金属电池密封材料具有良好的气密性、绝缘性、热稳定性及化学稳定性等。因此，密封成为限制液态金属电池发展的技术难点之一。本论文以液态金属电池技术为背景，研究开发能满足液态金属电池密封要求的密封材料。 本文中设计优化铋酸盐密封玻璃配方，讨论各组分对玻璃热稳定性以及特征温度的影响，筛选出满足玻璃化温度(Tg)﹤液态金属电池工作温度﹤液相温度(Tm)这一要求的玻璃配比，再进一步根据密封材料可允许的热膨胀系数（TEC）范围（14.933-17.067×10-6K-1）挑选出满足这一要求玻璃组成，结合这两个条件，得出只有77wt%氧化铋、2wt%氧化铜、2wt%氧化锌、2wt%氧化铝、16.1wt%氧化硼以及0.9wt%氧化硅（GA-5）这个配比满足上述两个要求，它的热膨胀系数为15.22×10-6K-1，Tg为404℃，Tm为512℃，然后根据GA-5随着热处理时间延长的结晶情况，研究GA-5的热稳定性以及与待密封材料304不锈钢的化学稳定性和长期适应性，最后，观察GA-5与304不锈钢的粘结界面，探讨GA-5材料的致密性并且进一步研究材料的化学稳定性。 本文还分别用固相合成法以及气固合成法合成出CaAl2S4材料，用氧化钙、氧化镁、氧化硼、氮化硼和氮化铝进行掺杂来对CaAl2S4材料的热膨胀系数进行调节，并研究各个氧化物对CaAl2S4材料热膨胀系数的影响，最后，探究这些掺杂后材料的致密性，挑选出符合要求的掺杂剂以及配比。