DE10050010A1 - Interconnector used for high temperature fuel cells has an oxidic protective layer based on manganese oxide and/or cobalt oxide applied on its surface - Google Patents
Interconnector used for high temperature fuel cells has an oxidic protective layer based on manganese oxide and/or cobalt oxide applied on its surfaceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Interkonnektor für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einem keramischen Werkstoff, insbesondere einen Korrosions- und Kontak tierungswerkstoff.The invention relates to an interconnector for a High temperature fuel cell with a ceramic Material, especially a corrosion and contact tierungswerkstoff.
Metallische Bauteile aus hochtemperaturbeständigen Stählen überziehen sich während ihres Einsatzes mit einer Oxidschicht, die maßgeblich die Temperaturbestän digkeit bestimmt. In der Regel unterschiedet man bei den Stählen zwischen Chrom- und Aluminiumoxidbilder, die je nach Anforderungsprofil eingesetzt werden. Als Anwendungsbeispiel für diese Erfindung sei ein Inter konnektor für die Hochtemperatur-Brennstoffzelle ge nannt, für den ein Chromoxidbildner eingesetzt wird. Chromoxide weisen regelmäßig eine höhere Leitfähigkeit auf als Aluminiumoxide, sind aber dafür weniger korro sionsbeständig.Metallic components made of high temperature resistant Steels overcoat during their use an oxide layer that significantly influences the temperature resistance determined. As a rule, a distinction is made between the steels between chrome and aluminum oxide images, which are used depending on the requirement profile. As Application example for this invention is an Inter connector for the high-temperature fuel cell ge named, for which a chromium oxide generator is used. Chromium oxides regularly have a higher conductivity than aluminum oxides, but are less corrosive sion resistant.
Hochtemperatur-Brennstoffzellen werden besonders für den Einsatz in der stationären Energieversorgung ent wickelt. Sie können so ausgelegt werden, daß sie als kleine Einheiten mit Leistungen von 1-5 KW zur dezen tralen Energieversorgung in Ein- bzw. Mehrfamilienhäu sern eingesetzt werden können oder auch in großen Ein heiten mit Leistungen bis zu 100 MW zur zentralen Ener gieversorgung beitragen. Der Betrieb von Hochtempera tur-Brennstoffzellen erfolgt bei Temperaturen von 800-1000°C, weshalb sich die bei der Stromgewinnung gleich zeitig anfallende Wärme sehr günstig verwerten läßt. An die eingesetzten Werkstoffe werden, je nach Funktion, die unterschiedlichsten und aufgrund der Betriebstempe raturen hohe Anforderungen gestellt.High temperature fuel cells are especially for use in stationary energy supply wraps. They can be designed to function as small units with outputs of 1-5 KW to decimate central energy supply in single or multi-family houses can be used or even in large units units with outputs up to 100 MW to the central energy contribute to energy supply. Operation of high temperature tur fuel cells take place at temperatures of 800-1000 ° C, which is why the same when generating electricity early heat can be used very cheaply. On the materials used, depending on the function, the most varied and due to the operating temp high demands.
Eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle aus dem Stand der Technik setzt sich im allgemeinen aus einem Elektroly ten aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumoxid (YSZ), einer Kathode aus Lanthanmanganit und einer Anode aus dem Verbundwerkstoff Ni und YSZ zusammen.A state-of-the-art high-temperature fuel cell Technology generally consists of an electrolyte made of yttria-stabilized zirconia (YSZ), a lanthanum manganite cathode and an anode the composite material Ni and YSZ together.
Dabei werden die einzelnen Zellen miteinander seriell zu einem Zellenstapel verschaltet, um eine genügend große Leistung zu erzeugen. Als elektrisch verbindendes Bauteil, dem sogenannten Interkonnektor, eignen sich dazu Legierungen auf Fe-Cr-Basis. Mit Hilfe von kerami schen Pasten zwischen den Elektroden und Interkonnekto ren werden die einzelnen Zellen miteinander verbunden und gleichzeitig Fertigungstoleranzen ausgeglichen. Hierzu wird der Zellenstapel in einem Fügeprozeß einer Temperaturbehandlung unterzogen, wobei die Pasten aus härten und sich aufgrund von Diffusionsprozessen fest mit den benachbarten Zellenkomponenten verbinden. Die Pasten müssen unter den Betriebsbedingungen der Brenn stoffzelle eine Vielzahl von Eigenschaften aufweisen, u. a. eine hohe elektrische Leitfähigkeit und einen an die übrigen Zellkomponenten angepaßten thermischen Aus dehnungskoeffizient. Weiterhin sollten die Pasten chemisch stabil sein und eine chemische Kompatibilität mit den benachbarten Zellkomponenten aufweisen.The individual cells become serial with each other interconnected to a cell stack to make one sufficient generating great power. As an electrically connecting Components, the so-called interconnector, are suitable plus Fe-Cr-based alloys. With the help of kerami pastes between the electrodes and interconnect The individual cells are connected to one another and at the same time compensated for manufacturing tolerances. For this purpose, the cell stack becomes one in a joining process Subjected to heat treatment, the pastes harden and solidify due to diffusion processes connect to the neighboring cell components. The Pastes must be burned under the operating conditions material cell have a variety of properties, u. a. high electrical conductivity and an on the other cell components adapted thermal Aus expansion coefficient. The pastes should also be chemically stable and chemical compatibility with the neighboring cell components.
Als Stand der Technik sind aus H.P. Buchkremer et al.; Proc. 5th It. Symp. Solid Oxid Fuel Cells (SOFC-V), Hrsgg. U. Stimming, S.C. Singhal, H. Tagawa und W. Lehnert, The Electrochemical Society, Pennington, NJ, 1997, S. 160, verschiedene Pasten bekannt. Bislang wurden verschieden dotierte Lanthanmanganite oder Lanthankobaltite verwendet, welche sehr poröse Kontakt schichten bilden. Auf diese Weise kann die den Katho denraum durchströmende Luft den unter der Kathode lie genden Stahl korrodieren. Die sich langsam bildenden Oxidschichten haben häufig eine geringe elektrische Leitfähigkeit. Dadurch kann es zu einer Alterung des Interkonnektors und als Folge davon zu einem Leistungs verlust des Zellenstapels kommen. Schnelles Wachstum führt regelmäßig zu einem Abplatzen der Oxidschichten und bewirkt einen plötzlichen, großen Leistungsverlust. Des weiteren kommt es zwischen den auf dem Stahl gebil deten Oxidschichten und den Pasten zu schwer kontrol lierbaren chemischen Reaktionen. Dabei werden neue che mische Phasen gebildet, welche in der Regel ebenfalls nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit besitzen.HP Buchkremer et al .; Proc. 5 th It. Symp. Solid Oxide Fuel Cells (SOFC-V), ed. U. Stimming, SC Singhal, H. Tagawa and W. Lehnert, The Electrochemical Society, Pennington, NJ, 1997, p. 160, various pastes. So far, differently doped lanthanum manganites or lanthanum cobaltites have been used, which form very porous contact layers. In this way, the air flowing through the cathode can corrode the steel lying under the cathode. The slowly forming oxide layers often have a low electrical conductivity. This can lead to aging of the interconnector and, as a result, to a loss of performance in the cell stack. Rapid growth regularly leads to flaking of the oxide layers and causes a sudden, large loss in performance. Furthermore, there are chemical reactions that are difficult to control between the oxide layers formed on the steel and the pastes. This creates new chemical phases, which usually also only have a low electrical conductivity.
Die Ohmschen Widerstände innerhalb eines Brennstoffzel lenstapels sollten sich vorteilhaft im Laufe der Be triebsdauer nicht ändern, da es andernfalls zu einer Alterung des Brennstoffzellenstapels kommt und eine konstant hohe Leistungsdichte nicht mehr erbracht wer den kann. The ohmic resistors within a fuel cell lenstapels should be advantageous in the course of loading Do not change the operating time, otherwise it Aging of the fuel cell stack is coming and one constant high power density who no longer provides that can.
Das bedeutet, daß der Interkonnektor und die sich gege benenfalls ausbildende Korrosionsschicht als elektrisch leitendes Bindeglied zwischen den einzelnen Zellen stets eine große elektrische Leitfähigkeit besitzen sollte. Der Interkonnektor sollte deshalb möglichst nicht korrodieren und chemisch kompatibel zur Kontakt schicht sein.This means that the interconnector and the opposite if necessary forming corrosion layer as electrical conductive link between the individual cells always have a high electrical conductivity should. The interconnector should therefore, if possible not corrode and chemically compatible to contact be a shift.
Die objektive Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Interkonnektor für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle zu schaffen, der chemisch kompatibel zu einer Kontakt schicht ist, eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie regelmäßig eine hohe Lebensdauer aufweist.The objective object of the invention is therefore one Interconnector for a high temperature fuel cell to create the chemically compatible to a contact layer is good electrical conductivity as well regularly has a long service life.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen In terkonnektor gemäß Hauptanspruch, sowie durch ein Ver fahren zur Herstellung eines Interkonnektors gemäß Ne benanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den entsprechend darauf rückbezogenen Unteransprüchen zu entnehmen.The object of the invention is achieved by an In connector according to the main claim, as well as by a ver drive to manufacture an interconnector according to Ne benanspruch. Advantageous embodiments are the according to subordinate claims referring to it remove.
Der erfindungsgemäße Interkonnektor für eine Hochtempe ratur-Brennstoffzelle weist gemäß Anspruch 1 eine auf gebrachte oxidische Schutzschicht (auf Basis von Man gan- und/oder Kobaltoxid) auf seiner Oberfläche auf, wobei diese Schicht elektrisch leitfähig ist. Die oxi dische Schutzschicht basiert auf Mangan- und/oder Ko baltoxid. Als Material für diese Schutzschicht sind Ke ramiken aus reinem Manganoxid oder reinem Kobaltoxid geeignet, aber auch komplexere Mischoxide mit Mangan und/oder Kobalt und beispielsweise Fe, Ti, Cr oder Ni.The interconnector according to the invention for a high temperature ratur fuel cell has according to claim 1 brought oxidic protective layer (based on Man gan and / or cobalt oxide) on its surface, this layer being electrically conductive. The oxi The protective layer is based on manganese and / or Ko baltoxid. Ke is the material for this protective layer pure manganese oxide or pure cobalt oxide suitable, but also more complex mixed oxides with manganese and / or cobalt and for example Fe, Ti, Cr or Ni.
Vorteilhaft weist die Schutzschicht ein Oxid gemäß der
Formel (Mn, M', M")3O4, auf, mit
The protective layer advantageously has an oxide of the formula (Mn, M ', M ") 3 O 4 , with
M' = (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni) und
M '= (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni) and
M" = (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni, V, Y, W, Lanthanide).M "= (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni, V, Y, W, lanthanides).
Diese auf dem Interkonnektor angeordnete oxidische Schutzschicht ist elektrisch leitfähig und ermöglicht die elektrische Kontaktierung zwischen Interkonnektor, Schutzschicht und einer im Betrieb der Brennstoffzelle daran angrenzenden Kontaktschicht. Durch die Variation an Materialien wird eine gute Verträglichkeit des ther mischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Interkonnek tor, Schutzschicht und auch einer möglichen Kontakt schicht erreicht. Als Material für einen Interkonnektor sind Legierungen auf Fe-Cr-Basis oder auch auf Fe-Cr- Basis besonders geeignet. Ein Fachmann ist in der Lage, bei vorgegebenem Interkonnektorwerkstoff und Werkstoff der einzusetzenden Kontaktschicht, eine geeignete Mate rialzusammensetzung für die oxidische Schutzschicht zu wählen, dessen chemische Kompatibilität und dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient gut auf die benach barten Materialien abgestimmt ist. Gleichzeitig wird durch die Schutzschicht bei geeigneter Materialwahl der Übergangswiderstand zwischen Interkonnektor und Kon taktschicht regelmäßig verringert. Dies führt somit zu einer verbesserten elektrischen Leistung der Brenn stoffzelle. Die oxidische Schutzschicht weist dabei re gelmäßig eine geringere Porosität auf, als vergleichba re Kontaktierungsmaterialien. This oxidic arranged on the interconnector Protective layer is electrically conductive and enables the electrical contact between the interconnector, Protective layer and one in the operation of the fuel cell adjoining contact layer. Through the variation materials are well tolerated by ther mix expansion coefficients between Interconnect gate, protective layer and also a possible contact layer reached. As material for an interconnector are alloys based on Fe-Cr or also on Fe-Cr- Base particularly suitable. A specialist is able to with a given interconnector material and material the contact layer to be used, a suitable mate rial composition for the oxidic protective layer choose its chemical compatibility and its thermal expansion coefficient good on the neighboring beard materials is matched. At the same time through the protective layer with a suitable choice of material Contact resistance between interconnector and con clock layer regularly reduced. This leads to improved electrical performance of the burner material cell. The oxidic protective layer shows re porosity is usually lower than comparable re contacting materials.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die zusätzlichen Materialien in einer bestimmten Stöchiometrie eingesetzt. Dabei ist der Anteil an Man gan Mn größer, als der der zugegebenen weiteren Metalle M' bzw. M".In an advantageous embodiment of the invention are the additional materials in a particular Stoichiometry used. Here is the proportion of man was larger than that of the other metals added M 'or M ".
Weiterhin wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Anteil an zugesetztem V, Y, W oder an Lanthaniden kleiner gewählt als der Anteil an zugesetz tem Mn, Cr, Co, Ti, Fe oder Ni.Furthermore, in an advantageous embodiment Invention of the proportion of added V, Y, W or Lanthanides chosen smaller than the proportion of added tem Mn, Cr, Co, Ti, Fe or Ni.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 9 wird ein Interkonnektor mit einer oxidischen Schutzschicht mit dem Schritt hergestellt, daß ein keramisches Oxid auf Basis von Mangan- und/oder Kobaltoxid auf einen In terkonnektor aufgebracht wird.In the inventive method according to claim 9 an interconnector with an oxidic protective layer manufactured with the step that a ceramic oxide based on manganese and / or cobalt oxide on an In connector is applied.
Besonders einfach kann das keramische Oxid mit einer Sprühtechnik oder einer Siebdrucktechnik auf den Inter konnektor aufgebracht werden. Die Schichtdicke ist vor teilhaft zwischen 1 und 30 µm einstellbar. Insbesondere wird eine Schichtdicke zwischen 2 und 10 µm gewählt.The ceramic oxide can be particularly simple with a Spray technology or a screen printing technology on the Inter connector are applied. The layer thickness is before partly adjustable between 1 and 30 µm. In particular a layer thickness between 2 and 10 µm is selected.
Je nach Material des verwendeten Interkonnektors und
des einzusetzenden Kontaktierungsmaterials wird die Zu
sammensetzung des keramischen Oxids gemäß der Formel
Depending on the material of the interconnector used and the contacting material to be used, the composition of the ceramic oxide is according to the formula
(Mn, M', M")3O4, mit
M' = (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni),
M" = (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni, V, Y, W, Lanthanide)
(Mn, M ', M ") 3 O 4 , with M' = (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni), M" = (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni, V, Y , W, lanthanide)
vorgenommen. Damit lassen sich vorteilhaft die ge wünschten Eigenschaften der oxidischen Schutzschicht, wie chemische Kompatibilität zu den benachbarten Mate rialien und angepaßter thermischer Ausdehnungskoeffizi ent, einstellen.performed. This allows the ge desired properties of the oxidic protective layer, like chemical compatibility with the neighboring mate rialien and adapted thermal expansion coefficient ent, adjust.
Zudem läßt sich mit diesen Zusammensetzungen eine oxi dische Schicht erzeugen, dessen Porosität geringer ist, als die herkömmlicher Kontaktierungsmaterialien. Da durch verhindert diese oxidische Schutzschicht weitge hend das Eindringen von Luft oder Brennstoff bis an das Interkonnektormaterial. Korrosion kann mit Hilfe der Schutzschicht besonders gut vermieden werden. Eine vor teilhafte Porosität für die oxidische Schutzschicht liegt im Bereich von 0 bis 20%.In addition, an oxi can be obtained with these compositions create a layer whose porosity is lower, than conventional contact materials. because by preventing this oxidic protective layer the penetration of air or fuel up to that Interconnector material. Corrosion can be with the help of Protective layer can be avoided particularly well. One before partial porosity for the oxidic protective layer is in the range of 0 to 20%.
Gegenstand der Erfindung ist ein Interkonnektor für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einer kerami schen Schutzschicht, welche als eine dünne Schicht auf den Interkonnektor aufgebracht wird. Die Schutzschicht besitzt dabei folgende Eigenschaften.The invention relates to an interconnector for a high temperature fuel cell with a kerami protective layer, which is a thin layer the interconnector is applied. The protective layer has the following properties.
Zum einen weist die Schutzschicht eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Die Porosität ist vorteilhaft ge ring. Dies verhindert einerseits die Unterkorrosion des Stahls durch die strömende Luft und anderseits eine eventuelle Kontamination der Kathode durch Chrom aus dem Stahl. Weiterhin gewährleistet die Schutzschicht eine hohe chemische Kompatibilität und verhindert damit regelmäßig eine chemische Reaktion zwischen Interkon nektorstahl und Kontaktschicht. Ferner bildet die Schutzschicht zusammen mit dem Stahl des Interkonnek tors eine gut leitfähige neue Phase als Korrosionspro dukt aus.Firstly, the protective layer has a high electrical Conductivity on. The porosity is advantageous ring. On the one hand, this prevents the under-corrosion of the Steel through the flowing air and on the other hand one possible contamination of the cathode by chrome the steel. The protective layer also ensures high chemical compatibility and thus prevents regular chemical reaction between intercon nector steel and contact layer. Furthermore, the Protective layer together with the steel of the Interkonnek tors a good conductive new phase as a corrosion pro expresses.
Als Material für die Schutzschicht eignet sich insbe sondere Mangan(IV)oxid (MnO2), welches vorteilhaft mit einer Siebdrucktechnik oder einem Sprühverfahren in einer Dicke von beispielsweise 2-10 µm auf den Inter konnektor aufgebracht werden kann. Im Sinne dieser Er findung ist das MnO2 lediglich als Beispiel anzusehen. Andere Oxide, wie Kobaltoxid oder komplexere Oxide wie (Mn, Co)3O4 (Mn, Cr)3O4 oder solche Oxide mit weiteren Legierungselementen wie z. B. Ti, Fe, Ni, sind als Ma terial ebenfalls geeignet. Die Wahl der Zusammensetzung der Schutzschicht hängt wesentlich von dem verwendeten Stahl und seinem Korrosionsverhalten ab. Ferner bein haltet dieses Beispiel des MnO2 die Bildung von Mn3O4, da sich während des Fügeprozesses dieses Man gan(III,IV)oxid als thermodynamisch stabilstes Oxid aus dem Mangan(IV)oxid bildet.Particularly suitable as a material for the protective layer is manganese (IV) oxide (MnO 2 ), which can advantageously be applied to the interconnector in a thickness of, for example, 2-10 μm using a screen printing technique or a spraying process. In the sense of this invention, the MnO 2 is only to be regarded as an example. Other oxides, such as cobalt oxide or more complex oxides such as (Mn, Co) 3 O 4 (Mn, Cr) 3 O 4 or such oxides with further alloying elements such as, for. B. Ti, Fe, Ni, are also suitable as Ma material. The choice of the composition of the protective layer depends essentially on the steel used and its corrosion behavior. This example of MnO 2 also includes the formation of Mn 3 O 4 , since during the joining process this man (III, IV) oxide is formed from the manganese (IV) oxide as the thermodynamically stable oxide.
In einem zweiten Beschichtungsschritt wird daran an schließend die Kontaktschicht, beispielsweise dotiertes Lanthankobaltit oder -manganit mittels Siebdrucktechnik oder Sprühverfahren entweder auf die Schutzschicht oder auf die zu kontaktierende Kathode aufgebracht. MnO2 ist bei Temperaturen von 800-950°C, welches den Betriebs- bzw. Fügetemperaturen entspricht, sehr sinteraktiv. In folgedessen entstehen dichte, elektrisch ausgezeichnet leitende keramische Schutzschichten. Des weiteren zeichnet sich MnO2 dadurch aus, daß es chemisch kompa tibel zu den benachbarten Brennstoffzellenkomponenten ist und es weder an der Phasengrenze zum Interkonnektor noch an der Phasengrenze zur Kontaktschicht zu chemi schen Reaktionen kommt.In a second coating step, the contact layer, for example doped lanthanum cobaltite or manganite, is then applied either to the protective layer or to the cathode to be contacted by means of screen printing technology or spraying processes. MnO 2 is very sinter-active at temperatures of 800-950 ° C, which corresponds to the operating or joining temperatures. As a result, dense, electrically excellent conductive protective layers are created. Furthermore, MnO 2 is characterized by the fact that it is chemically compatible with the neighboring fuel cell components and that there are no chemical reactions at the phase boundary with the interconnector or at the phase boundary with the contact layer.
Fig. 1 Übergangswiderstände bei 800°C einer Stahl- Kontaktschicht-Kombination nach unterschied lichen Vorbehandlungsmethoden, Fig. 1 transfer resistances at 800 ° C a steel contact layer combination according to different pretreatment methods union,
Fig. 2 Korrosion zwischen Stahl (unten) und Kontakt schicht (oben) nach 400 h bei 800°C, Fig. 2 corrosion between steel (bottom) and contact layer (top) after 400 h at 800 ° C,
Fig. 3 Korrosion zwischen Stahl (rechts) und MnO2- Schutzschicht (Mitte) nach 400 h bei 800°C, links von der MnO2-Schicht die Kontakt schicht. Fig. 3 Corrosion between steel (right) and MnO 2 protective layer (middle) after 400 h at 800 ° C, the contact layer to the left of the MnO 2 layer.
Ein Beispiel des erfindungsgemäßen Interkonnektors mit einer Schutzschicht belegt die gute Kompatibilität zwi schen den beiden Bauteilen.An example of the interconnector according to the invention a protective layer proves the good compatibility between between the two components.
Wird ein ferritischer Stahl zusammen mit einer Kontakt schicht auf der Basis von Lanthankobaltit an Luft bei 800°C ausgelagert, ergeben sich Übergangswiderstände zwischen Metall und Keramik im Bereich von 10-20 mΩ cm2 (s. Fig. 1). Dabei hat auch eine mechanische und ther mische Vorbehandlung deutlichen Einfluß auf die Über gangswiderstände. Der Einsatz einer MnO2-Schutzschicht führt demgegenüber zu Übergangswiderständen im Bereich von 2-6 mΩ cm2 und nur geringer Änderung der Wider standswerte während der Auslagerungsdauer. Damit ist die hier gezeigte Materialkombination sehr gut für den Einsatz in Brennstoffzellen geeignet.If a ferritic steel together with a contact layer based on lanthanum cobaltite is exposed to air at 800 ° C, there are contact resistances between metal and ceramic in the range of 10-20 mΩ cm 2 (see Fig. 1). A mechanical and thermal pretreatment also has a significant influence on the contact resistance. In contrast, the use of a MnO 2 protective layer leads to contact resistances in the range of 2-6 mΩ cm 2 and only a slight change in the resistance values during the aging period. The material combination shown here is therefore very well suited for use in fuel cells.
Claims (13)
(Mn, M', M")3O4, mit
M' = (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni), M" = (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni, V, Y, W, Lanthanide).2. Interconnector according to the preceding claim, characterized by an oxidic protective layer comprising a manganese mixed oxide according to the formula
(Mn, M ', M ") 3 O 4 , with
M '= (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni), M "= (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni, V, Y, W, lanthanides).
ein keramisches Oxid auf Basis von Mangan- und/oder Kobaltoxid wird auf einen Interkonnektor aufge bracht.10. Method for producing an interconnector with an oxidic protective layer, with the step:
A ceramic oxide based on manganese and / or cobalt oxide is applied to an interconnector.
(Mn, M', M")3O4, aufweist, mit
M' = (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni),
M' = (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni, V, Y, W, Lanthanide).12. The method according to any one of the preceding claims 10 to 11, wherein the ceramic oxide composition according to
(Mn, M ', M ") 3 O 4 , with
M '= (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni),
M '= (Mn, Cr, Co, Ti, Fe, Ni, V, Y, W, lanthanides).
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Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10306647A1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-02 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Manufacturing process for a protective layer for chromium oxide-forming substrates exposed to high temperatures |
| WO2004075323A1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-02 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Protective coating for substrates that are subjected to high temperatures and method for producing said coating |
| WO2006081790A2 (en) * | 2005-02-04 | 2006-08-10 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Interconnector for high-temperature fuel cells |
| DE102005022894A1 (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-23 | Staxera Gmbh | SOFC stack |
| WO2007083627A1 (en) | 2006-01-17 | 2007-07-26 | Osaka Gas Co., Ltd. | Cell for solid oxide fuel cell and process for producing the same |
| EP2050158A2 (en) * | 2006-08-04 | 2009-04-22 | Delphi Technologies, Inc. | Conductive coating for solid oxide fuel cell |
| WO2009077058A1 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Elringklinger Ag | Bipolar plate and method for producing a protective layer on a bipolar plate |
| EP2267826A1 (en) * | 2007-01-09 | 2010-12-29 | Technical University of Denmark | A method of producing a multilayer barrier structure for a solid oxide fuel cell |
| US8366972B2 (en) | 2007-04-13 | 2013-02-05 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Material for protective coatings on high temperature-resistant chromium oxide-forming substrates, method for the production thereof, and use thereof |
| DE102013218053A1 (en) * | 2013-09-10 | 2015-03-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for connecting an electrically conductive contact element with at least one of a fuel cell associated, electrically conductive fuel cell component |
| US10003083B2 (en) | 2014-07-21 | 2018-06-19 | Lg Fuel Cell Systems, Inc. | Composition for fuel cell electrode |
| US10014531B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-07-03 | Lg Fuel Cell Systems, Inc. | Fuel cell system configured to capture chromium |
| US10062909B2 (en) | 2015-10-28 | 2018-08-28 | Lg Fuel Cell Systems, Inc. | Composition for fuel cell electrode |
| EP2921470B1 (en) * | 2014-03-19 | 2018-11-21 | NGK Insulators, Ltd. | Heat-resistant member and method for manufacturing the same |
-
2000
- 2000-10-10 DE DE10050010A patent/DE10050010A1/en not_active Ceased
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7407717B2 (en) | 2003-02-18 | 2008-08-05 | Forschungzentrum Julich Gmbh | Protective coating for substrates that are subjected to high temperatures and method for producing said coating |
| WO2004075325A1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-02 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Method for producing a protective coating for substrates that are subjected to high temperatures and form chromium oxide |
| WO2004075323A1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-02 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Protective coating for substrates that are subjected to high temperatures and method for producing said coating |
| DE10306647A1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-02 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Manufacturing process for a protective layer for chromium oxide-forming substrates exposed to high temperatures |
| WO2006081790A3 (en) * | 2005-02-04 | 2008-01-03 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Interconnector for high-temperature fuel cells |
| US8071252B2 (en) | 2005-02-04 | 2011-12-06 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Interconnector for high-temperature fuel cells |
| WO2006081790A2 (en) * | 2005-02-04 | 2006-08-10 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Interconnector for high-temperature fuel cells |
| DE102005022894A1 (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-23 | Staxera Gmbh | SOFC stack |
| WO2007083627A1 (en) | 2006-01-17 | 2007-07-26 | Osaka Gas Co., Ltd. | Cell for solid oxide fuel cell and process for producing the same |
| EP1976045A1 (en) * | 2006-01-17 | 2008-10-01 | Osaka Gas Company Limited | Cell for solid oxide fuel cell and process for producing the same |
| EP1976045A4 (en) * | 2006-01-17 | 2009-06-17 | Osaka Gas Co Ltd | Cell for solid oxide fuel cell and process for producing the same |
| US8178254B2 (en) | 2006-01-17 | 2012-05-15 | Osaka Gas Co., Ltd. | Cell for solid oxide fuel cell and method for manufacturing same |
| EP2050158A2 (en) * | 2006-08-04 | 2009-04-22 | Delphi Technologies, Inc. | Conductive coating for solid oxide fuel cell |
| EP2050158A4 (en) * | 2006-08-04 | 2011-03-30 | Delphi Tech Inc | Conductive coating for solid oxide fuel cell |
| EP2267826A1 (en) * | 2007-01-09 | 2010-12-29 | Technical University of Denmark | A method of producing a multilayer barrier structure for a solid oxide fuel cell |
| US8945782B2 (en) | 2007-01-09 | 2015-02-03 | Technical University Of Denmark | Method of producing a multilayer barrier structure for a solid oxide fuel cell |
| US8366972B2 (en) | 2007-04-13 | 2013-02-05 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Material for protective coatings on high temperature-resistant chromium oxide-forming substrates, method for the production thereof, and use thereof |
| WO2009077058A1 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Elringklinger Ag | Bipolar plate and method for producing a protective layer on a bipolar plate |
| US10014531B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-07-03 | Lg Fuel Cell Systems, Inc. | Fuel cell system configured to capture chromium |
| DE102013218053A1 (en) * | 2013-09-10 | 2015-03-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for connecting an electrically conductive contact element with at least one of a fuel cell associated, electrically conductive fuel cell component |
| EP2921470B1 (en) * | 2014-03-19 | 2018-11-21 | NGK Insulators, Ltd. | Heat-resistant member and method for manufacturing the same |
| US10245810B2 (en) | 2014-03-19 | 2019-04-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Heat-resistant member and method for manufacturing the same |
| US10003083B2 (en) | 2014-07-21 | 2018-06-19 | Lg Fuel Cell Systems, Inc. | Composition for fuel cell electrode |
| US10062909B2 (en) | 2015-10-28 | 2018-08-28 | Lg Fuel Cell Systems, Inc. | Composition for fuel cell electrode |
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