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固体氧化物燃料电池(SOFC,Solid Oxide Fuel Cells)是一种在中高温(600～1000℃左右)下将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的电化学装置。其具有污染排放低、能量转化效率高、燃料适应性广等优点,被誉为21世纪最具有发展前景的能源之一。近年来,中温(600～800℃)平板式SOFC(ITSOFC)成为国内外学者的关注热点。通过多年的发展,ITSOFC的研究已解决了很多技术难题,具备商业化条件,但封接材料是依然是限制其商业化进程的关键难题之一。目前,主流的封接材料—玻璃/玻璃陶瓷因具备成本低、容易热加工、方便大规模制造等优点具有较高的研究价值。本文采用硼铋酸盐体系对平板式ITSOFC电池堆的玻璃陶瓷基封接材料(封接玻璃)进行组分设计,采用熔融冷却法制备封接玻璃试样,研究不同含量(0～20mole%)的ZnO对封接玻璃网络结构、玻璃转变温度(Tg)、软化点(Ts)、初始析晶温度(Tc)、热膨胀系数(CTE)以及化学稳定性等方面的影响。实验采用差示扫描分析仪和热膨胀测试仪分析CTE、Tg、Tc、Ts等玻璃热性能参数;利用红外和拉曼吸收光谱分析玻璃网络结构;通过X射线衍射法研究玻璃的析晶行为;通过微晶玻璃与水的反应以及玻璃形成能力(GFA)的计算分别评估该体系的化学稳定性与玻璃网络的稳定性;采用扫描电子显微镜分析微晶玻璃的形貌。实验结果表明,ZnO的添加可以明显改善硼铋酸盐体系封接玻璃的热性能。随着ZnO含量的增加,原始玻璃Tg、Tc呈现升高的趋势,Ts逐渐从377℃升高到411℃;原始玻璃的CTE随着ZnO含量的增大,从14.5×10-6K-1逐渐降低至12.4×10-6K-1;而经过长时间(500h)热处理后得到的玻璃陶瓷的CTE变化范围为12.3～12.8×10-6K-1,能够满足与相邻电池组件的热膨胀系数匹配要求;B203-Bi203-Zn0体系封接玻璃的主要析出晶体相为Bi4B2O9与Bi24B2O39,且Bi4B2O9相在低温时先于Bi24B2O39相析出,ZnO的加入能够促进该体系玻璃析出Bi24B2O39晶体。红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)的实验结果表明,B2O3-Bi2O3-ZnO系统封接玻璃的网络结构由[BiO3]三角体、[BiO6]八面体、[BO3]三面体以及[BO4]四面体等结构单元组成。B2O3是网络形成体,而ZnO在玻璃结构中作为网络修饰体,起到填充网络作用。ZnO含量的增加,一方面提高了玻璃网络结构的联结程度,补强了网络;另一方面,降低了 B2O3的摩尔含量,造成玻璃网络中的重要结构单元[BO4]与[BO3]相对含量的变化,导致网络松散。这两方面对玻璃网络稳定性的共同影响,导致玻璃形成能力(GFA)即△T(Tc-Tg)数值在122℃～88℃之间波动。