JP2015537329A - Hte電解槽相互接続部材又はsofc燃料電池相互接続部材を構成する部品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
燃料電池(SOFC)又は高温電解槽(HTE)のための相互接続部材を構成する部品の製造方法であって、
(a)クロミア形成タイプの金属合金で作られた基板であって、そのベース元素が、鉄(Fe)又はニッケル(Ni)であり、前記基板が、2つの主たる平坦面を有する基板を準備する段階、
(b1)前記基板の平坦面の一方を厚いセラミック層で被覆する段階、
(c1)H2O蒸気、H2;空気などの気体を分配及び/又は収集するために相応しい流路(800)を画定するように前記厚いセラミック層に溝を形成する段階、
を含む、製造方法である。
燃料電池(SOFC)又は高温電解槽(HTE)のための相互接続部材を構成する部品の製造方法であって、
(a)クロミア形成タイプの金属合金で作られた基板であって、そのベース元素が、鉄(Fe)又はニッケル(Ni)であり、前記基板が、2つの主たる平坦面を有する基板を準備する段階、
(b2)前記基板の平坦面の一方を厚い金属層で被覆する段階、
(c2)H2O蒸気、H2;空気などの気体を分配及び/又は収集するために相応しい流路を画定するように前記金属層に溝を形成する段階、
を含む、製造方法である。
−従来技術による相互接続部材として使用されるものと比較して、薄い又は非常に薄い金属合金で作られる基板を用いる可能性によって金属合金の材料コストの低減、
−従来技術による相互接続部材の引き出し又は機械的加工と比較したときにおける、流路の製造の費用の低減又は除外、
−“保護”層及び“電気接触”層を単一のステップで堆積する可能性、
−金属合金で作られる基板と組み立てられる未処理の層のフレキシブルな性質による、相互接続部材及び電気化学セルの間の熱機械的適合性の改善、
−金の格子と同等である厚いセラミック層の低い電気接触抵抗の生成。
分散剤として0.8重量%のオレイン酸を有する60gの式La0.8Sr0.2MnO3のランタンマンガナイトを有する化合物、並びに、溶媒としての15.7%の2−ブタノン及び15.7%のエタノールの混合物が用意される。
−回転速度:400rpm;
−保持期間:1時間。
−回転速度:200rpm;
−保持期間:10時間。
−回転速度:20rpm;
−保持時間:24時間。
次いで、LSMの未処理のストリップは、1.5mmの厚さのフェライト鋼の薄いシートに配置され、次いで、プレスを用いてホットプレスによってそこに溶接された。LSMの未処理のストリップの厚さは、325μmである。薄い保護セラミック層83が加えられる場合、このプロセスは、同一の方式で行われる。
−プレス力:1kg/mm2;
−プレス時間:2時間;
−2つのプレスプレートの調整温度:80℃。
溝付けは、LSMの未処理のストリップのレーザーアブレーションによって行われる。このアブレーションは、最大出力50ワットまで可変であるCO2レーザーを備える平台プロッターを用いて行われる。レーザーの移動速度はまた、2cm/sの最大速度まで可変である。その可変動作特性を用いて燃やすことを可能にする、すなわち程度の差はあるが未処理のストリップを構成するポリマー、すなわちLSMを深くアブレーションを行うことを可能にし、それは、従って、関連する電荷を開放するので、このような装置の使用は、特に有利である。程度の差はあるが、溝(わだち)が掘り出され得る。必要に応じて、未処理のストリップ上におけるCO2レーザーの幾つかの通路は、多かれ少なかれ溝の深さ及び/又は幅を増加させるために機能し得る。
2.1 カソード
2.2 カソード
4.2 アノード
6.2 電解質
7 アノード部分
8 部品、基板
9 カソード部分
10 リブ
11 流路
80 厚いセラミック層
81 厚い金属層
82 金属合金
83 保護セラミック層
800 流路
801 歯
810 流路
Claims (26)
- クロミア形成タイプの金属合金(82)で作られた基板を備える部品(8)であって、
そのベース元素が、鉄(Fe)又はニッケル(Ni)であり、
前記基板が、2つの主たる平坦面を有し、
前記主たる平坦面の一方が、厚いセラミック層(80)を含むコーティングで被覆され、
前記厚いセラミック層(80)が、H2O蒸気、H2、空気などの気体を分配及び/又は収集するために相応しい流路(800)を画定するように溝が形成される、部品(8)。 - クロミア形成タイプの金属合金(82)で作られた基板を備える部品(8)であって、
そのベース元素が、鉄(Fe)又はニッケル(Ni)であり、
前記基板が、2つの主たる平坦面を有し、
前記主たる平坦面の一方が、厚い金属層(81)で被覆され、
前記金属層(81)が、H2O蒸気、H2;O2、排ガスなどの気体を分配及び/又は収集するために相応しい流路(810)を画定するように溝が形成される、部品(8)。 - 前記主たる平坦面の一方が、厚いセラミック層を含むコーティングで被覆され、
前記主たる平坦面の他方が、厚い金属層で被覆され、
前記厚い層の各々が、H2O蒸気、排ガス、空気、O2、H2などの気体を分配及び/又は収集するために相応しい流路を画定するように溝が形成される、請求項2と組み合わされた請求項1に記載の部品。 - 前記厚いセラミック層の材料が、M(遷移金属)がNi、Fe、Co、Mn、Crを単独で又は混合物として、式La1−xSrxMO3のランタンマンガナイト、又は、式Ln2NiO4(Ln=La、Nd、Pr)のランタンニッケレートなどの層状組織の材料、又は、他の導電性ペロブスカイト酸化物から選択される、請求項1から3の何れか一項に記載の部品。
- 前記厚い金属層の材料が、ニッケル(Ni)及びその合金、並びに、そのベース元素が鉄(Fe)である全てのクロミア形成合金から選択される、請求項1から4の何れか一項に記載の部品。
- 前記セラミック層の厚さが、60から500μmである、請求項1から5の何れか一項に記載の部品。
- 前記金属層の厚さが、60から500μmである、請求項1から6の何れか一項に記載の部品。
- 前記基板のクロミア形成金属合金が、フェライト(Fe−Cr)、オーステナイト(Ni−Fe−Cr)ステンレススチール合金、又は、クロミア層として知られる、クロム酸化物Cr2O3の層を表面に形成するニッケルベースの超合金から選択される、請求項1から7の何れか一項に記載の部品。
- 前記基板が、少なくとも1つの薄いシートからなる、請求項1から8の何れか一項に記載の部品。
- 前記薄いシートの厚さが、0.1から1mmである、請求項9に記載の部品。
- 前記基板が、主たる平坦面を有する単一のプレートからなる、請求項1から8の何れか一項に記載の部品。
- 前記プレートの厚さが、1から10mmである、請求項11に記載の部品。
- 各々がカソード、アノード及び前記カソード及びアノードの間に挿入された電解質で形成される基本電解セルの積層体を含む高温電解(HTE)反応器の相互接続部材からなり、
前記溝が形成された厚いセラミック層が、前記2つの隣接する基本セルの一方のアノードに接触し、
前記溝が形成された厚い金属層が、前記2つの隣接する基本セルの他方のカソードに接触する、請求項3から12の何れか一項に記載の部品。 - 各々がカソード、アノード及び前記カソード及びアノードの間に挿入された電解質で形成される基本電解セルの積層体を含む燃料電池(SOFC)の相互接続部材からなり、
前記溝が形成された厚いセラミック層が、前記2つの隣接する基本セルの一方のカソードに接触し、
前記溝が形成された厚い金属層が、前記2つの隣接する基本セルの他方のアノードに接触する、請求項3から12の何れか一項に記載の部品。 - 前記流路の幅が、0.15から5mmである、請求項1から14の何れか一項に記載の部品。
- 前記流路の深さが、0.1から0.5mmである、請求項1から15の何れか一項に記載の部品。
- 燃料電池(SOFC)又は高温電解槽(HTE)のための相互接続部材を構成する部品の製造方法であって、
(a)クロミア形成タイプの金属合金で作られた基板(8)であって、そのベース元素が、鉄(Fe)又はニッケル(Ni)であり、前記基板が、2つの主たる平坦面を有する基板を準備する段階、
(b1)前記基板の平坦面の一方を厚いセラミック層で被覆する段階、
(c1)H2O蒸気、H2;空気などの気体を分配及び/又は収集するために相応しい流路(800)を画定するように前記厚いセラミック層に溝を形成する段階、
を含む、製造方法。 - 燃料電池(SOFC)又は高温電解槽(HTE)のための相互接続部材を構成する部品の製造方法であって、
(a)クロミア形成タイプの金属合金で作られた基板(8)であって、そのベース元素が、鉄(Fe)又はニッケル(Ni)であり、前記基板が、2つの主たる平坦面を有する基板を準備する段階、
(b2)前記基板の平坦面の一方を厚い金属層で被覆する段階、
(c2)H2O蒸気、H2;空気などの気体を分配及び/又は収集するために相応しい流路を画定するように前記金属層に溝を形成する段階、
を含む、製造方法。 - 前記段階(b1)及び(c1)が、前記基板の1つの平坦面において行われ、前記段階(b2)及び(c2)が、前記基板の他の平坦面において行われる、請求項17又は18に記載の方法。
- 前記段階(b1)及び/又は段階(b2)の前に、前記厚いセラミック層又は前記金属層が、ストリップ内に注ぐことによって得られ、段階(b1)及び/又は段階(b2)が、前記基板の面の一方又は他方に対する前記ストリップの高温ボンディング又はホットプレス又は化学結合からなる、請求項17から19の何れか一項に記載の方法。
- 前記段階(b1)が、60から130℃の温度で前記未処理のセラミックストリップをホットプレス又は高温ボンディングすることからなる、請求項20に記載の方法。
- 前記段階(b1)及び/又は(b2)が、前記基板の一方又は他方の面にセラミック又は金属ペーストの厚い層をスクリーン印刷することからなる、請求項17から19の何れか一項に記載の方法。
- 前記段階(c1)が、前記セラミックストリップのポリマーの軟化点まで加熱される2つのロールの間に注ぐことによって得られる前記未処理のセラミックストリップをカレンダー成形することによって行われ、
前記2つのロールの少なくとも一方が、画定される前記流路に対応するリブを備え、
前記段階(b1)が、前記段階(c1)の後に行われる、請求項20又は21に記載の方法。 - 前記段階(b1)及び/又は段階(b2)がそれぞれ完了すると、前記段階(c1)及び/又は段階(c2)が、レーザーアブレーションによって行われる、請求項17から22の何れか一項に記載の方法。
- 前記段階(c1)及び/又は(c2)が、CO2レーザーを用いて行われる、請求項24に記載の方法。
- 前記段階(c1)及び/又は(c2)が、前記厚い層上にレーザーの幾つかの通路が形成された後に完了する、請求項24又は25に記載の方法。
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