Fizykochemiczne właściwości materiałów w układzie Crofer 22 APU/La(0,6)Sr(0,4)Co(0,2)Fe(0,8)O3 na interkonektory do zastosowania w SOFC

• Autorzy: Miszczyk M. , Dziekan E. , Przybylski K. , Brylewski T. , Gaweł R. A. , Kruk A.

Warianty tytułu

EN

Physicochemical properies of the Crofer 22 APU/La(0.6)Sr(0.4)Co(0.2)Fe(0.8)O3 materials for SOFC interconnects

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zastosowano materiał katodowy La(0,6)Sr(0,4)Co(0,2)Fe(0,8)O3 (LSCF48) do otrzymania przewodzącej powłoki na interkonektorze ze stali ferrytycznej Crofer 22 APU z przeznaczeniem do budowy ogniwa SOFC. Powłoki LSCF48 w postaci pasty nakładano na powierzchnie stali metodą sitodruku, a następnie poddawano odpowiedniej obróbce termicznej. Do badań fizykochemicznych przygotowano trzy rodzaje próbek: próbki ze stali czystej (Crofer 22 APU), próbki z powłoką naniesioną na podłoże niemodyfi kowane powierzchniowo (Crofer 22 APU/LSCF48) oraz próbki z powłoką naniesioną na podłoże po uprzednim jego utlenianiu w 1073 K przez 24 godz. w powietrzu (Crofer 22 APU/Cr2O3/LSCF48). W oparciu o badania kinetyki utleniania w/w próbek w 1073 K przez 528 godz. w powietrzu stwierdzono, że najwyższą odporność na cykliczne warunki utleniania wykazuje układ Crofer 22 APU/LSCF48. Tak korzystne zjawisko wynika z faktu, że omawiana powłoka bez udziału warstwy przejściowej Cr2O3 wykazuje dobrą przyczepność do rdzenia metalicznego dzięki utworzeniu pośredniej warstwy reakcyjnej pomiędzy metalem a materiałem powłoki. Z utworzeniem tej warstwy reakcyjnej wiąże się też niższa powierzchniowa rezystancja elektryczna w 1073 K w powietrzu w porównaniu z czystą stalą Crofer 22 APU.

EN

In this work, La(0.6)Sr(0.4)Co(0.2)Fe(0.8)O3 (LSCF48) cathode material was used to obtain a conductive coating on Crofer 22 APU ferritic steel interconnect in order to produce a SOFC stack. The LSCF48 coating was deposited on the steel surface via screen-printing and then was subjected to the appropriate thermal treatment. Three types of samples were prepared for physicochemical studies: (i) samples of pure steel (Crofer 22 APU), (ii) samples with coating deposited on the substrate without surface modification (Crofer 22 APU/LSCF48) and (iii) samples with coating deposited on the substrate after its oxidation at 1073 K for 24 hrs in air (Crofer 22 APU/Cr2O3/LSCF48). From the oxidation kinetics study of the afore-mentioned samples carried out at 1073 K for 528 hrs in air, it follows that the Crofer 22 APU/LSCF48 system shows the highest resistance against corrosion in cyclic oxidation conditions. Such a favorable phenomenon is the result of good adhesion between the afore-mentioned coating without the transient Cr2O3 layer and the metallic substrate, due to the formation of an intermediate reaction layer at the metal/coating interphase. The formation of this intermediate reaction layer also leads to lower area specific resistance in air at 1073 K in comparison to pure Crofer 22 APU steel.

Słowa kluczowe

PL

SOFC; interkonektor metaliczny; stal ferrytyczna; materiał katodowy; wysokotemperaturowa korozja; rezystancja elektryczna

EN

SOFC; metallic interconnects; ferritic stainless steel; cathodic materials; high-temperature corrosion; electrical resistance

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 1
• Strony: 131--141
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Miszczyk M.

autor

Dziekan E.

autor

Przybylski K.

autor

Brylewski T.

autor

Gaweł R. A.

autor

Kruk A.

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

Bibliografia

• [1] Zeng Z., Natesan K.: „Corrosion of metallic interconnects for SOFC in fuel gases”, Solid State Ionics, 167, (2004), 9-16.
• [2] Minh N.Q.: „Solid oxide fuel cell technology-features and applications”, Solid State Ionics, 174, (2004), 271-277.
• [3] Brylewski T.: „Metaliczne interkonektory w konstrukcji ogniw paliwowych SOFC”, Biuletyn Polskiego Stowarzyszenia Wodoru i Ogniw Paliwowych, 5, (2010), 53-62.
• [4] Ardigò M.R., Perron A., Combemale L., Heintz O., Caboche G., Chevalier S.: „Interface reactivity study between La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−δ (LSCF) cathode material and metallic interconnect for fuel cell”, J. Power Sources, 196, (2011), 2037-2045.
• [5] Fergus J.W.: „Metallic interconnects for solid oxide fuel cells”, Mater. Sci. Eng. A, 397, (2005), 271-283.
• [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] Kadowaki T., Shiomitsu T., Matsuda E., Nakagawa H., Tsuneizumi H., Maruyama T.: „Applicability of heat resisting alloys to the separator of planar type solid oxide fuel cell”, Solid State Ionics, 67, (1993), 65-69.
• [8] Lee S., Chu C.L., Tsai M. J., Lee J.: „High temperature oxidation behavior of interconnect coated with LSCF and LSM for solid oxide fuel cell by screen printing”, Appl. Surf. Sci., 256, (2010), 1817-1824.
• [9] Tsai M.J., Chu C.L, Lee S.: „La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 protective coatings for solid oxide fuel cell interconnect deposited by screen printing”, J. Alloys Compd., 489, (2010), 576-581.
• [10] Shaigan N., Qu W., Ivey D.G., Chen W.: „A review of recent progress in coatings, surface modifi cations and alloy developments for solid oxide fuel cell ferritic stainless steel interconnects”, J. Power Sources, 195, (2010), 1529-1542.
• [11] Świerczek K.: „Projektowanie właściwości fi zykochemicznych tlenkowych materiałów katodowych dla ogniw IT-SOFC oraz Li-ion”, Wyd. Naukowe „Akapit”, Kraków, (2010).
• [12] Xu Q., Huang D.P., Chen W., Lee J.H., Wang H.: „Citrate method synthesis, characterization and mixed electronic–ionic conduction properties of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 perovskite-type complex oxides”, Scripta Mater., 50, (2004), 165-170.
• [13] Tai L.-W., Nasrallah M.M., Anderson H.U., Sparlin D.M., Sehlin S.R.,: „Structure and electrical properties of La1−xSrxCo1−yFeyO3. Part 2. The system La1−xSrxCo0.2Fe0.8O3”, Solid State Ionics, 76, (1995), 273-283.
• [14] Thyssen Krupp VDM, Crofer 22 APU, Material Data Sheet No. 4046, (2010), 3.
• [15] Thorel A.S. (Project coordinator): Periodic consortium report Y2 (D1.2), IDEAL-Cell project, (2009).
• [16] Brylewski T.: „Metaliczne interkonektory w układzie metal/ceramika do zastosowania w ogniwach paliwowych SOFC”, Wyd. Naukowe „Akapit”, Kraków, (2008).
• [17] Mrowec S., Werber T.: Korozja gazowa metali, Wyd. Śląsk, (1975).
• [18] Kofstad P.: High Temperature corrosion, Elsevier Applied Science Publishers Ltd., London and New York, (1988).
• [19] Birks N., Meier G.H.: Introduction to High Temperature Oxidations of Metals, Edward Arnold Ltd., (1983).
• [20] Brylewski T., Prażuch J., Przybylski K.: „Metaliczne separatory z przewodzącą warstwą (La,Sr)CoO3 w konstrukcji ceramicznych ogniw paliwowych”, Ceramika/Ceramics, 54, (1997), 197-205.
• [21] Quadakkers W.J., Piron-Abellan J., Shemet V., Singheiser L.: „Metallic interconnectors for solid oxide fuel cells”, Mater. High Temp., 20, (2003), 115-127.
• [22] Cox M.G.E., Mc Enannay B., Scott V.D.: „A chemical diffusion model for partitioning of transition elements in oxide scales on alloys”, Philos. Mag., 26, (1972), 839-851.
• [23] Hilpert K., Das D., Miller M., Peck D.H., Weib R.: „Chromium Vapor Species over Solid Oxide Fuel Cell Interconnect Materials and Their Potential for Degradation Processes”, J. Electrochem. Soc., 143, (1996), 3642-3647.
• [24] Zhu W.Z., Deevi S.C.: „Development of interconnect materials for solid oxide fuel cells”, Mater. Sci. Eng. A, 348, (2003), 227-243.