Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: żaroodporne stopy ferrytyczne

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Kinetyka utleniania i właściwości elektryczne stopu Ni-5Cu na interkonektory do stałotlenkowych elektrolizerów SOEC

Dąbek J., Mars K., Bobruk M., Gil A., Brylewski T.

Materiały Ceramiczne

2017

T. 69, nr 4

322--334

Zrównoważony rozwój gospodarczy, który z początkiem XXI wieku stał się priorytetem dla wielu krajów o wysokim stopniu industrializacji, nie będzie możliwy do osiągnięcia bez skutecznego rozwiązania problemu magazynowania nadwyżek energii elektrycznej. Jedno z bardziej obiecujących rozwiązań w tym zakresie zakłada wykorzystanie stałotlenkowych elektrolizerów typu SOEC (ang. solid oxide electrolytic cells) do przekształcania nadwyżek wyprodukowanej energii w paliwo, np. wodór. Podstawowym elementem elektrolizera SOEC jest interkonektor, dzięki któremu pojedyncze jego cele można połączyć szeregowo w stos. Głównym problemem, jaki pojawia się przy stosowaniu interkonektorów metalicznych wykonanych z wysokochromewej stali ferrytycznej, jest stopniowy wzrost powierzchniowej rezystancji elektrycznej, wynikający z wysokotemperaturowej korozji tych materiałów. Głównym składnikiem zgorzeliny powstającej na ferrytycznej stali w atmosferze gazów katodowych i anodowych jest tlenek chromu Cr2O3. Niestety tlenek ten reaguje z tlenem i parą wodną, tworząc lotne związki chromu, które wpływają niekorzystnie na katalityczne właściwości mateiału katodowego i anodowego. Zatem istnieje potrzeba wytworzenia nowego typu metalicznych materiałów wolnych od w/w wad, przeznaczonych na interkonektory do elektrolizerów typu SOEC. Temperatura pracy elektrolizerów SOEC mieści się w zakresie 873-1073 K. Celem pracy było zbadanie kinetyki utleniania zarówno stopu Ni-5Cu, jak i czystego niklu będącego materiałem referencyjnym, a także zmierzenie przewodnictwa elektrycznego tych materiałów po ich utlenieniu. Utlenianie zostało przeprowadzone przez 100 godz. w powietrzu w temperaturach 873 K, 973 K, 1023 K i 1073 K. Na podstawie tych badań, uzupełnionych o obserwacje mikroskopowe oraz analizę składu fazowego i chemicznego produktów utleniania, wykazano, że stop Ni-5Cu można traktować jako potencjalny materiał do wytwarzania interkonektorów dla elektrolizerów SOEC w układzie planarnym.

Sustained development, which has become a priority for many highly industrialized countries at the turn of the 21st century, will not be possible without an efficient solution to the problem of storing surplus electricity. The most suitable technologies for this purpose include solid oxide electrolytic cells (SOECs), which utilize electrolysis to efficiently convert surplus electricity into fuel such as hydrogen. One of the most essential components of both SOECs and SOFCs is the interconnect, which allows the individual cells of the electrolyzer to be connected in series to form stacks. When using metallic interconnects on the basis of ferritic steel, the main issue faced is the gradual increase in area-specific resistance that occurs due to the high-temperature corrosion of these materials. Chromia (Cr2O3) is the main component of the scale formed on ferritic steel in an atmosphere consisting of cathode and anode gases. Unfortunately, this oxide reacts with oxygen and water vapor, forming volatile compounds of chromium, which adversely affect the catalytic properties of the electrodes. It is therefore necessary to develop new metallic interconnect materials for the construction of the SOEC-type cell stack, designed to operate at temperatures of 873-1073 K. The aim of the paper was to investigate the oxidation kinetics of the Ni-5Cu alloy in comparison with Ni reference material, and to measure the electrical conductivity of the scale/metal system. Studies were conducted for 100 hrs of oxidation in air at 873 K, 973 K, 1023 K, and 1073 K. When combined with morphological observations and chemical and phase composition analyses of the oxidation products, the investigations demonstrated the suitability of the Ni-5Cu alloy as a potential interconnect material for planar-type SOECs.

Physicochemical properties of steel/coating composite interconnector for planar-type Solid Oxide Fuel Cell

Przybylski K., Brylewski T.

Ochrona przed Korozją

2010

nr 11

528-534

A review is presented on the oxidation kinetics, electrical properties, chromium vaporization rate and microstructure investigations of the oxide products formed on Fe-25 wt.-Cr steel uncoated and coated by the screen printing method with thick films of [La,Sr]CoO3, [La,Ca]CrO3, [La,Sr]CrO3, MnCo2O4 and Mn1.5Cr1.5O4 in air and H2/H2O gas mixture at 1023-1173 K for up to 1000 hrs. To improve the poor electrical conductivity of the chromia scale, formed on uncoated steel during the oxidation process, the above electronic conducting thick films composed of paste containing an organic binder and powders prepared via "wet chemical" methods were applied. The oxidation process of the coated steel, taking place in variable temperature cycles, shows good compactness of the conducting layer, as well as good adhesion to the metal substrate, as determined by the structural modification of the intermediate, chromiarich layer formed between the coating and metal substrate. The obtained kinetics data revealed that the oxidation reactions followed approximately the parabolic rate law over the applied temperature range. The calculated parabolic rate constants for the oxidation of DIN 50049 uncoated and coated at 1023-1173K were of the order of 10-13 to 10-14 g2/cm4, which are typical of chromia-formers. The values of the in situ area specific resistance (ASR) measurements by dc two-probe technique for the Fe-25Cr/[La,Sr]CoO3, Fe-25Cr/[La,Ca]CrO3, Fe-25Cr/[La,Sr]CrO3, Fe-25Cr/MnCo2O4 and Fe-25Cr/ Mn1.5Cr1.5O4 composite materials, exposed to air and H2/H2O gas mixture at 1073 K, are lower than the acceptable ASR level of the order of 0.1 cm2 for the SOFC metallic interconnect material. Vaporization measurements of the studied coating layers, performed in humidified air under flow-rate independent conditions at 1073 K, revealed a decreasing volatilization rate of chromia species from the coating materials in comparison with the value of this parameter corresponding to oxide scale built mainly of chromia formed on uncoated steel. The best coating material, i.e. MnCo2O4 decreased Cr vaporization by a factor of about 3.5. The microstructure, phase and chemical analysis of the coating after oxidation were examined by means of SEM-EDS, TEM-SAD and XRD. The influence of the multilayer oxide products formation during interfacial reactions between the coating materials and metal substrates in SOFC operating conditions on the electrical properties of the studied ferritic steel covered with the films, is presented and discussed in terms of the applicability of the composite structural material for construction of the metallic interconnect used in SOFC.

W pracy dokonano przeglądu wyników badań kinetyki utleniania, właściwości elektrycznych, szybkości parowania chromu i mikrostruktury stali Fe-25Cr czystej oraz stali pokrytej powłoką [La,Sr]CoO3, [La,Ca]CrO3, [La,Sr]CrO3, MnCo2O4 i Mn1.5Cr1.5O4 metodą sitodruku i poddanych utlenianiu w powietrzu i w mieszaninie gazu H2/H2O w zakresie temperatur 1023-1173 K w czasie sięgającym 1000 godz. W celu poprawy przewodnictwa elektrycznego zgorzeliny z tlenku chromu utworzonej na stali czystej, na jego powierzchnię nanoszono przewodzące powłoki w Proces utleniania stali pokrytej powłoką w warunkach izotermicznych i cyklicznych zmian temperatury wykazał zwartość i dobrą przyczepność powłoki przewodzącej do podłoża metalicznego, dzięki utworzeniu pośredniej warstwy reakcyjnej na granicy rozdziału powłoka/stal. Badania kinetyki utleniania stali DIN 50049 czystej oraz stali pokrytej powłoką wykazały, że proces narastania produktu reakcji może być z dobrym przybliżeniem opisany przez prawo paraboliczne. Obliczone paraboliczne stałe szybkości utleniania w/w próbek w zakresie temperatur 1023-1173K mieszczą się w przedziale od 10-13 do 10-14 g2/cm4i odpowiadają wartościom uzyskiwanym dla stopów typu "Chromia-formers". Powierzchniowa rezystancja elektryczna [ASR] szeregu układów: Fe-25Cr/(La,Sr)CoO3, Fe-25Cr/(La,Ca)CrO3, Fe-25Cr/ (La,Sr)CrO3, Fe-25Cr/MnCo2O4 i Fe-25Cr/ Mn1.5Cr1.5O4, zmierzona z użyciem metody dwusondowej w warunkach in situ w 1073 K w powietrzu i mieszaninie gazu H2/H2O, jest niższa od 0.1 ?cm2 i tym samym nie przekracza ona dopuszczalnego poziomu ASR ustalonego dla interkonektorów przewidzianych do zastosowania w ogniwach SOFC. W oparciu o pomiary szybkości parowania chromu z badanych próbek w warunkach przepływu powietrza zawierającego parę wodną w 1073K stwierdzono spadek szybkości tworzenia lotnych związków chromu ze stali pokrytej powłoką w porównaniu do stali czystej, na której tworzy się głównie tlenek chromu. Najniższą szybkość parowania Cr, prawie 3,5-krotnie mniejszą w porównaniu do szybkości ubytku masy stali Fe-25Cr czystej, stwierdzono w przypadku zastosowania powłoki MnCo2O4. Mikrostrukturę, skład chemiczny oraz fazowy produktów utleniania próbek badano metodami: SEM-EDS, TEM-SAD oraz XRD. Wpływ tworzenia się pośredniej warstwy reakcyjnej o wielowarstwowej budowie tlenkowej, będącej wynikiem oddziaływania powłoki przewodzącej z podłożem metalicznym na właściwości elektryczne badanych układów stal/powłoka, przedyskutowano w aspekcie przydatności zarówno stali Fe-25Cr jak i powłok ochronnych w kierunku opracowania technologii wytwarzania metalicznych interkonektorów przewidzianych do zastosowania w ogniwach paliwowych SOFC.