Ochronne układy warstwowe AL453/(Mn,Co)3O4 jako metaliczne interkonektory do ogniw paliwowych typu IT-SOFC

• Autorzy: Brylewski T. , Kruk A. , Adamczyk A. , Kucza W. , Dąbek J. , Przybylski K.

Warianty tytułu

EN

Protective (Mn,Co)3O4/AL453 composite materials as metallic interconnects for IT-SOFCs

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z potencjalnych materiałów konstrukcyjnych do wytwarzania metalicznych interkonektorów dla średniotemperaturowych ogniw paliwowych typu IT-SOFC jest stal ferrytyczna AL453. Jednakże parowanie chromu ze zgorzeliny, powstałej na tej stali, powoduje powolną degradację właściwości elektrycznych elementów interkonektora. W celu poprawy sprawności ogniwa zastosowano modyfikację powierzchniową materiału interkonektora, polegającą na wytworzeniu na jego powierzchni powłoki ochronnej na osnowie spinelu manganowo-kobaltowego. Metodą sitodruku w połączeniu z odpowiednią obróbką termiczną wytworzono powłokę Mn1,5Co1,5O4 stanowiącą efektywną barierę zaporową dla odrdzeniowej dyfuzji chromu ze stali AL453 i tym samym istotnie ograniczającą tworzenie się lotnych par Cr ze zgorzeliny. Fakt ten potwierdzono pomiarami szybkości parowania chromu z powierzchni układu warstwowego stal/powłoka w warunkach przepływu mieszaniny powietrze/H2O w 1073 K.

EN

Ferritic steel AL453 is one of the potential metallic interconnect construction materials for the intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC). However, the evaporation of chromium from the scale formed on this ferritic steel results in slow degradation of the electrical properties of the interconnect elements. In order to improve cell efficiency the surface of the interconnect material was modified by applying a protective coating on a manganese-cobalt spinel matrix. The Mn1.5Co1.5O4 coating was formed via screen-printing combined with the appropriate thermal treatment. This coating is an effective barrier against outward chromium diffusion from the AL453 steel and, therefore, significantly inhibits the formation of volatile Cr vapours from the scale. This fact was confirmed by measuring the chromium vaporization rate from the surface of the steel/coating layer system in a flowing air/H2O mixture at 1073 K.

Słowa kluczowe

PL

stało-tlenkowe ogniwo paliwowe (IT-SOFC); interkonektor metaliczny; żaroodporna stal ferrytyczna (FSS); powłoka ochronna; parowanie chromu; spinel managanowo-kobaltowy

EN

Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cell (IT-SOFC); metallic interconnect; Ferritic Stainless Steel (FSS); protective coating; chromium vaporization; cobalt manganese spinels

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 65, nr 1
• Strony: 20--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.,

Twórcy

autor

Brylewski T.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kruk A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Adamczyk A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kucza W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Dąbek J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Przybylski K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Minh, N.Q., Takahashi, T.: Science and Technology of Ceramic Fuel Cells, Elsevier, Amsterdam, (1995).
• [2] Singhal, S.G., Kendall, K.: High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications, Elsevier, Kidlington Oxford, (2003).
• [3] Fergus, J.W.: Metallic interconnects for solid oxide fuel cells, Mater. Sci. Eng., A 397, (2005), 271- 283.
• [4] Quadakkers ,W.J., Piron-Abellan, J., Shemet, V., Singheiser, L.: Metallic interconnectors for solid oxide fuel cells - a review, Mater. High Temp., 20, (2003), 115-127.
• [5] Yang, Z., Weil, K.S., Paxton, D.M., Stevenson, J.W.: Selection and Evaluation of Heat-Resistant Alloys for SOFC Interconnect Applications, J. Electrochem. Soc., 150, (2003), A1188-A1201.
• [6] Brylewski, T., Nanko, M., Maruyama, T., Przybylski, K.: Application of Fe–16Cr ferritic alloy to interconnector for a solid oxide fuel cell, Solid State Ionics, 143, (2001), 131-150.
• [7] Fergus, J.W.: Sealants for solid oxide fuel cells, J. Power Sources, 147, (2005), 46-57.
• [8] Hilpert, K., Das, D., Miller, M., Peck, D.H., Wei, R.: Chromium Vapor Species over Solid Oxide Fuel Cell Interconnect Materials and Their Potential for Degradation Processes, J. Electrochem. Soc., 143, (1996), 3642-3647.
• [9] Kurokawa, H., Jacobson, C.P., DeJonghe, L.C., Visco, S.: Chromium vaporization of bare and of coated iron–chromium alloys at 1073 K, Solid State Ionics, 178, (2007), 287-296.
• [10] Gindorf, C., Hilpert, K., Singheiser, L.: Determination of chromium vaporization rates of different interconnect alloys by transpiration experiments, Solid Oxide Fuel Cells VII (SOFC VII) – Electrochemistry Society Proceedings PV 2001-16, Ed. Yokokawa H., Singhal S.C., The Electrochemical Society, Pennington, NJ, (2001), p.793-802.
• [11] Kruk, A., Brylewski, T., Adamczyk, A., Kucza, W., Przybylski, K.: Badania fizykochemiczne złożonych tlenków w układzie Mn-Co-O otrzymywanych metodami chemii mokrej, Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials, 64, 1, (2012), 120-130.
• [12] Brylewski, T.: Metaliczne interkonektory w układzie metal/ceramika do zastosowania w ogniwach paliwowych SOFC, Wyd. Naukowe „Akapit”, Kraków, (2008).
• [13] Brylewski, T., Przybylski, K.: Oxidation properties of coated Fe-25Cr steel with regard to the chromium vaporization effects under SOFC cathode operation conditions, Ann. Chim. - Sci. Mat., 33, (2008), 75-82.
• [14] Naka, S., Inagaki, M., Tanaka, T.: On the formation of solid solution in Co3−xMnxO4 system, J. Mater. Sci., 7, (1972), 441-444.
• [15] Aukrust, E., Muan, A.: Phase Relations in the System Cobalt Oxide-Manganese Oxide in Air, J. Am. Ceram. Soc., 46, (1963), 511.
• [16] Konycheva, E., Penkalla, H., Wessel, E., Seeling, U., Singheiser, L., Hilpert, K.: Comparison of Chromium Poisoning by the ODS Alloy Cr5Fe1Y2O3 and the High Chromium Ferritic Steel Crofer 22 APU, Solid Oxide Fuel Cells IX (SOFC IX) – Electrochemistry Society Proceedings PV 2005-07, Ed. Singhal S.C., Mizusaki J., The Electrochemical Society, Pennington, NJ, (2005), p.1874-1884.