JP2005327499A - 電気伝導性に優れ使用寿命の長い固体電解質型燃料電池用セパレータ - Google Patents
電気伝導性に優れ使用寿命の長い固体電解質型燃料電池用セパレータ Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】FeおよびFe以外の金属成分(以下、Mという)からなる鉄基耐熱合金からなる母材の表面に形成された酸化物層の上に銀メッキ層が形成されてなる固体電解質型燃料電池用セパレータにおいて、前記酸化物層は、FeOFe2O3およびMOFe2O3からなるスピネル型構造を有する酸化物層であることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
空気極は(Sm、Sr)CoO3、(La、Sr)MnO3などのセラミックスで構成されており、燃料極はNi/YSZサーメット、Ni/(Ce、Sm)O2サーメットなどで構成されている。そして空気極集電体は白金メッシュで構成されており、燃料極集電体はNiメッシュまたは発泡Niで構成されている。
さらにセパレータには、一般に、ステンレス鋼、Ni基耐熱合金、Co基耐熱合金が使用されるが、コスト的に見てステンレス鋼が広く使用されている。ステンレス鋼として、SUS430(成分組成:Cr:16〜18%、Mn:1%以下、残部:Feおよび不可避不純物)で代表されるフェライト系ステンレス鋼、SUS303(成分組成:Cr:17〜19%、Ni:8〜10%、Mn:2%以下、Si:1%以下、残部:Feおよび不可避不純物)で代表されるオーステナイト系ステンレス鋼、SUS403(成分組成:Cr:11.5〜13%、Mn:1%以下、残部:Feおよび不可避不純物)で代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼があることが知られており、これらステンレス鋼の表面には極めて薄いCr系酸化物(例えば、Cr2O3)からなる受動態被膜が形成されており、このCr系酸化物が高温耐食性に寄与している。
(ii)前記従来の固体電解質型燃料電池用セパレータに比べて一層長期間使用しても電気抵抗の上昇が少なく、したがって、使用寿命が一層向上する、という研究結果が得られたのである。
(1)FeおよびFe以外の金属成分(以下、Mという)からなる鉄基耐熱合金の母材の表面に形成された酸化物層の上に銀メッキ層が形成されてなる固体電解質型燃料電池用セパレータにおいて、
前記酸化物層は、FeOFe2O3およびMOFe2O3からなるスピネル型構造を有する酸化物層である電気伝導性に優れかつ使用寿命の長い固体電解質型燃料電池用セパレータ、に特徴を有するものである。
SUS430(成分組成:Mn:0.5%、Cr:17%、残部:Feおよび不可避不純物)からなり縦:70mm、横:25mm、厚さ:5mm(面積;17.5cm2)の寸法を有するフェライト系ステンレス鋼板を水蒸気中、温度:500℃、30時間保持することにより、表面にFeOFe2O3、CrOFe2O3、MnOFe2O3からなるスピネル型構造を有する酸化物層を形成し、このスピネル型構造を有する酸化物層の上に厚さ:5μmの電気Agメッキ層を形成し、次いで、これらAgメッキを施したSUS430板を温度:700℃、1時間保持することにより熱処理を施し、本発明セパレータ1を作製した。
さらに、比較のために、先に用意した厚さ:5mmを有するSUS430板を母材とし、その表面に厚さ:2μmの無電解Niメッキ層を形成し、さらにその上に厚さ:5μmの電気Agメッキ層を形成し、次いで、これらメッキを施したSUS430フェライト系ステンレス鋼板を大気中、温度:750℃、20時間保持の熱処理を施すことにより、Cr2O2.53のCr酸化物層を介してAgメッキ層を形成した従来セパレータ1を作製した。
このようにして得られた本発明セパレータ1および従来セパレータ1における表裏両面に抵抗測定用電極を接触させ、厚さ方向に500mA/cm2、すなわち、8.75Aを流した時の抵抗値Rを△E=2IR(ただし、△Eはセパレータの電圧降下、係数:2はセパレータの両面を考慮した係数)の式より求め、本発明セパレータ1および従来セパレータ1における表裏両面被膜の抵抗値の合計を「全抵抗」として表1に示した。この場合、セパレータ母材の厚さ方向の抵抗値は、十分小さいので無視して算出した。
さらに前記本発明セパレータ1および従来セパレータ1の全抵抗を2で割って片面の被膜の抵抗値とし、この値にセパレータ片面の測定面積(面積;17.5cm2)を乗じた値を「単位面積当りの表面抵抗」として求め、その結果を表1に示した。
SUS403(成分組成:Mn:0.5%、Cr:13%、残部:Feおよび不可避不純物)からなる厚さ:5mmのマルテンサイト系ステンレス鋼板を水蒸気中、温度:500℃、30時間保持することにより、表面にFeOFe2O3、CrOFe2O3、MnOFe2O3からなるスピネル型構造を有する酸化物層を形成し、このスピネル型構造を有する酸化物層の上に厚さ:5μmの電気Agメッキ層を形成し、次いで、これらAgメッキを施したSUS403板を温度:700℃、1時間保持することにより熱処理を施すことにより本発明セパレータ2を作製した。
さらに、比較のために、先に用意した厚さ:5mmを有するSUS403板を母材とし、その表面に厚さ:2μmの無電解Niメッキ層を形成し、さらにその上に厚さ:5μmの電気Agメッキ層を形成し、次いで、これらメッキを施したSUS403マルテンサイト系ステンレス鋼板を大気中、温度:750℃、20時間保持の熱処理を施すことにより、Cr2O2.53のCr酸化物層を介してAgメッキ層を形成した従来セパレータ2を作製した。
このようにして得られた本発明セパレータ2および従来セパレータ2の加熱試験前後の「全抵抗」および「単位面積当りの表面抵抗」を実施例1と同様にして測定し、その結果を表2に示した。
SUS303(成分組成:Si:0.5%、Mn:1%、Ni:9%、Cr:18%、残部:Feおよび不可避不純物)からなる厚さ:5mmのオーステナイト系ステンレス鋼板を水蒸気中、温度:500℃、30時間保持することにより、表面にFeOFe2O3、CrOFe2O3、NiOFe2O3、SiOFe2O3、MnOFe2O3からなるスピネル型構造を有する酸化物層を形成し、このスピネル型構造を有する酸化物層の上に厚さ:5μmの電気Agメッキ層を形成し、次いで、これらAgメッキを施したSUS303板を温度:700℃、1時間保持することにより熱処理を施すことにより本発明セパレータ材3を作製した。
さらに、比較のために、先に用意した厚さ:5mmを有するSUS303板を母材とし、その表面に厚さ:2μmの無電解Niメッキ層を形成し、さらにその上に厚さ:5μmの電気Agメッキ層を形成し、次いで、これらメッキを施したSUS303マルテンサイト系ステンレス鋼板を大気中、温度:750℃、20時間保持の熱処理を施すことにより、Cr2O2.53のCr酸化物層を介してAgメッキ層を形成した従来セパレータ材3を作製した。
このようにして得られた本発明セパレータ3および従来セパレータ3の加熱試験前後の「全抵抗」および「単位面積当りの表面抵抗」を実施例1と同様にして測定し、その結果を表3に示した。
Claims (2)
- FeおよびFe以外の金属成分(以下、Mという)からなる鉄基耐熱合金の母材の表面に形成された酸化物層の上に銀メッキ層が形成されてなる固体電解質型燃料電池用セパレータにおいて、
前記酸化物層は、FeOFe2O3およびMOFe2O3からなるスピネル型構造を有する酸化物層であることを特徴とする電気伝導性に優れかつ使用寿命の長い固体電解質型燃料電池用セパレータ。 - 前記鉄基耐熱合金は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項1記載の電気伝導性に優れかつ使用寿命の長い固体電解質型燃料電池用セパレータ。
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