Protective-conducting spinel coatings applied in IT-SOFC interconnects

• Autorzy: Brylewski T. , Bobruk M. , Gil A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2017.5.2

Warianty tytułu

PL

Powłoki ochronno-przewodzące o strukturze spinelu na interkonektory do ogniw paliwowych typu IT-SOFC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the presented study was to deposit a protective-conducting Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 coating on the E-Brite ferritic steel by means of electrophoresis and to evaluate its physicochemical properties. The structure and morphology of the powder, sinter, and the steel/coating layered system, and the electrical conductivity of both the sinter and the coating on the steel after oxidation were investigated by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy combined with energydispersive spectroscopy (SEM-EDS), and the two-probe dc method. The obtained spinel exhibited a two-phase composition and high electrical conductivity, while the coating it formed was compact and adhered well to the metallic substrate; moreover, the measured ASR of the steel/ coating system was significantly lower than the level acceptable for interconnect materials. The conducted research confirmed the suitability of the Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 spinel as a coating on the E-Brite ferritic steel to be applied in the production of interconnects used in intermediatetemperature SOFCs.

PL

Celem niniejszej pracy jest otrzymanie oraz badania właściwości fizykochemicznych powłoki ochronno-przewodzacej Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 naniesionej na stal ferrytyczną E-Brite przy użyciu metody elektroforetycznej. Strukturę oraz morfologię proszku, spieku oraz układu warstwowego stal/powłoka, a także przewodnictwo elektryczne zarówno spieku, jak i powłoki na stali po utlenianiu badano przy pomocy dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM-EDS) oraz stałoprądowej metody dwusondowej. Uzyskany spinel wykazuje skład dwufazowy oraz wysokie przewodnictwo elektryczne, zaś uzyskana z niego powłoka jest zwarta i dobrze przylega do podłoża metalicznego, a ponadto wartość zmierzonej rezystancji układu stal/powłoka jest zdecydowanie niższa od dopuszczalnego poziomu ASR dla materiałów interkonektorowych. Na podstawie tych badań potwierdzono przydatność spinelu Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 na powłoki do modyfikacji powierzchniowej stali ferrytycznej E-Brite z przeznaczeniem na interkonektory do ogniw paliwowych typu IT-SOFC.

Słowa kluczowe

EN

solid oxide fuel cell; interconnect; ferritic stainless steel; spinel coating

PL

stałotlenkowe ogniwo paliwowe; SOFC; interkonektor; żaroodporna stal ferrytyczna; powłoka spinelowa

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 5
• Strony: 136--140
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Brylewski T.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics

autor

Bobruk M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics

autor

Gil A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics

Bibliografia

• [1] Abdoli H., P. Alizadeh. 2012. “Electrophoretic deposition of (Mn,Co)3O4 spinel nano powder on SOFC metallic interconnects”. Materials Letters 80 : 53–55.
• [2] Aukrust E., A. Muan. 1963. “Phase relations in the system cobalt oxide-manganese oxide in air”. Journal of the American Ceramic Society 46 : 511.
• [3] Bordeneuve H., C. Tanailleau, S. Guillernet-Fritsch, S. Smith, E. Stuard, A. Rousset. 2010. “Structural variations and cation distributions in Mn3−xCoxO4 (0 ≤ x ≤ 3) dense ceramics using neutron diffraction data”. Solid State Sciences 12 : 379–386.
• [4] Brylewski T., A. Kruk, M. Bobruk, A. Adamczyk, J. Partyka, P. Rutkowski. 2016. “Structure and electrical properties of Cu-doped Mn-Co-O spinel prepared via soft chemistry and its application in intermediate-temperature solid oxide fuel cell interconnects≫. Journal of Power Sources. 333 : 145–155.
• [5] Brylewski T., M. Nanko, T. Maruyama, K. Przybylski. 2001. “Application of Fe-16-Cr ferritic alloy to interconnector for a solid oxide fuel cell”. Solid State Ionics 143 : 131–150.
• [6] Brylewski T., W. Kucza, A. Adamczyk, A. Kruk, M. Stygar, M. Bobruk, J. Dąbrowa. 2014. “Microstructure and electrical properties of Mn1+xCo2−xO4 (0≤x≤1.5) spinels synthesized using EDTA-gel processes”. Ceramics International 40 : 13873–13882.
• [7] Brylewski Tomasz. 2008. Metallic interconnects in a metal/ceramics system for application in solid oxide fuel cells. Krakow: Wydawnictwo Naukowe Akapit.
• [8] Chen X., P.Y. Hou, C.P. Jacobson, S.J. Visco, L.C.D. Jonghe. 2005. “Protective coating on stainless steel interconnect for SOFCs: oxidation kinetics and electrical properties”. Solid State Ionics 176 : 425–433.
• [9] Chevalier S., G. Caboche, K. Przybylski, T. Brylewski. 2009. “Effect of nano-layered coatings on the electrical conductivity of oxide scale grown on ferritic steels”. Journal of Applied Electrochemistry 39 : 529–534.
• [10] Hilpert K., D. Das, M. Miller, D.H. Peck, R. Weiβ. 1996. "Chromium vapor species over solid oxide fuel cell interconnect materials and their potential for degradation processes". Journal of The Electrochemical Society 143 (11) : 3642–3647.
• [11] Huang K., P.Y. Hou, J.B. Goodenough. 2000. “Characterization of iron-based alloy interconnects for reduced temperature solid oxide fuel cells“. Solid State Ionics 129 (1) : 237–250.
• [12] Lu Z., J. Zhu, E.A. Payzant, M.P. Paranthaman. 2005. “Electrical conductivity of.the manganese chromite spinel solid solution”. Journal of the American Ceramic Society 88 : 1050–1053.
• [13] Macklen E.D. 1986. “Electrical conductivity and cation distribution in nickel manganite”. Journal of Physics and Chemistry of Solids 47 : 1073–1079.
• [14] McEvoy A. 2003. High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications. Oxford: Elsevier.
• [15] Minh N.Q., T. Takahashi. 1995. Science and Technology of Ceramic Fuel Cells. Amsterdam: Elsevier.
• [16] Molin S., P. Jasiński, L. Mikkelsen, W. Zhang, M. Chen, P.V. Hendriksen. 2016. “Low temperature processed MnCo2O4 and MnCo1.8Fe0.2O4 as effective protective coatings for solid oxide fuel cell interconnects at 750°C”. Journal of Power Sources 336 : 408–418.
• [17] Naka S., M. Inagaki, T. Tanaka. 1972. „On the formation of solid solution in Co3-xMnxO4 system≫. Journal of Materials Science. 7 : 441–444.
• [18] Przybylski K., T. Brylewski. 2007. “Oxidation properties of metal/ceramic interconnectors in air, Ar-H2-H2O and Ar-CH4-H2O atmospheres for SOFC’s”. Ochrona przed Korozją 50 (11) : 139–142.
• [19] Quadakkers W.J., J. Piron-Abellan, V. Shemet, L. Singheiser. 2003. “Metallic interconnectors for solid oxide fuel cells”. Materials at High Temperatures 20 (2) : 115–127.
• [20] Scherrer P. 1918. “Bestimmung der Gross Kolloidteilchen Mittels Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften, Gottingen“. Mathematisch-Physikalische Klasse 2 : 98–100.
• [21] Verwey E.J.W. 1951. Semiconducting Materials. London: Butterworths, Scientific Publications.
• [22] Yang Z.G., G.G. Xia, S.P. Simner, J.W. Stevenson. 2005. “Thermal growth and performance of manganese cobaltite spinel protection layers on ferritic stainless steel SOFC interconnets”. Journal of The Electrochemical Society 152 : A1896–A1901.
• [23] Yang Z.G., G.G. Xia, X.H. Li, J.W. Stevenson, 2007. “(Mn,Co)3O4 spinel coatings on ferritic stainless steels for SOFC interconnect applications”. International Journal of Hydrogen Energy 32 : 3648–3654.
• [24] Yang Z.G., K.S. Weil, D.M. Paxton, J.W. Stevenson. 2003. “Selection and evaluation of heat-resistant alloys for SOFC interconnect applications”. Journal of The Electrochemical Society 150 : A1188-A1201.
• [25] Zhu W.Z., S.C. Deevi. 2003. “Opportunity of metallic interconnects for solid oxide fuel cells: a status on contact resistance“. Materials Research Bulletin 38 : 957–972.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

The financial support of the National Science Centre, project No. 2015/19/B/ST8/01094.