JP2760982B2 - 溶融炭酸塩燃料電池の構造部材の表面処理方法 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池の構造部材の表面処理方法Info
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は溶融炭酸塩型燃料電池に用いられる構造部材
の表面処理方法に関する。 （従来の技術） 発電システムにおいては、エネルギ源の多様化、エネ
ルギの有効活用の観点から、燃料電池の開発が進められ
ている。燃料電池のうちでも、溶融炭酸塩型燃料電池は
燃料効率の点で優れているが、650℃以上の高温で運転
されることに加えて、極めて腐食性の高い溶融炭酸塩を
電解質として用いているため、その構造部材は激しい腐
食を受ける。 こうした構造部材の腐食は、有害腐食生成物の生成に
よる電池性能の劣化、肉厚減少に伴う電池性能及び強度
低下を起こす。更に、腐食が激しい場合には構造部材と
して機能しなくなり、燃料ガスである水素と酸素との混
合が生じ、両者の直接反応による急激な燃焼を起こすお
それがある。特に、各種構造部材のうちでもセパレータ
のエッジシール部で激しい腐食が起きると、以上のよう
な問題が顕著となる。 ところで、燃料電池は単セルを直列に接続して大出力
を得るシステム構造となっているため、各セルは絶縁さ
れていなければならない。このため、セパレータのエッ
ジシール部は電気抵抗の大きい材料で構成されているこ
とが望ましい。 この点、アルミナのような絶縁セラミックスを用いる
と有利であるが、セラミックスは母材である金属との接
合が困難であるうえ、母材との膨張差に起因してセルの
そりやゆがみあるいは接合部の剥離等を生じるという問
題がある。 また、アルミナ等のセラミックスを含む液状の有機金
属重合体を金属母材表面に塗布し、昇温して熱分解させ
ることにより塗膜を形成することも考えられる。しか
し、金属母材表面には液状の重合体を均一に塗布するこ
とが困難であり、局部的に厚くなったり薄くなったり
し、極端な場合には塗布できないこともある。また、厚
く塗布された部分では熱分解過程で割れが生じやすく、
燃料電池に組込んだ場合に割れ部分の耐食性が極めて悪
くなるという問題がある。 更に、アルミナ等のセラミックス粉末を金属母材表面
に溶射することも考えられる。しかし、形成されたセラ
ミックス溶射層は、金属母材との界面で割れを生じやす
いうえ、多孔質であることから燃料電池に組込んだ場合
に気孔を通して溶融炭酸塩が侵入し、母材を腐食すると
いう問題がある。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は蒸気問題点を解決するためになされたもので
あり、溶融炭酸塩燃料電池の構造部材として用いられ、
耐溶融炭酸塩腐食性及び絶縁性が要求される耐溶融炭酸
塩腐食材料を容易に製造することができる方法を提供す
ることを目的とする。 ［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の他の溶融炭酸塩燃料電池の構造部材の表面処
理方法は、溶融炭酸塩燃料電池の構造部材をなす金属母
材の表面に、NiCr系合金またはこれらにFeが添加された
合金を溶射する工程と、該溶射層表面の少なくとも一部
にAl2Ｏ3、ZrO2のうち少なくとも１種を含む液体を塗布
して含浸させる工程と、溶射層に含浸されたAl2Ｏ3、Zr
O2のうち少なくとも１種の表面をリチウム化する工程と
を具備したことを特徴とするものである。 本発明において、母材の金属としては例えばSUS316等
のステンレス鋼が挙げられる。また、溶着層を構成する
金属としては、母材との接着が強固であればどのような
材料でもよいが、接着強度のほかに耐溶融炭酸塩腐食性
を考慮すると、NiCr系合金、例えばNiCrAl合金やNiCrAl
Y合金あるいはこれらにFeが添加された合金等が特に望
ましい。 本発明において、Al2Ｏ3、ZrO2のうち少なくとも１種
を含む液体としては、これらを水又は有機溶媒に分散さ
せたもの、あるいはこれらを含む液状の有機金属重合体
を挙げることができる。ここで、有機金属重合体とは、
たとえばアルミニウムアルコキシド、ジルコニウムアル
コキシドなどである。これらの液体を塗布する方法とし
ては、ハケ等を用いる方法、液体中に浸漬する方法等を
挙げることができる。なお、塗布は１回だけに限らず、
数回繰返してもよい。また、これらの液体、例えば液状
の有機金属重合体を塗布した後、熱分解の生じる温度に
保持してもよい。 本発明においては、溶射層の表面にAl2Ｏ3、ZrO2のう
ち少なくとも１種を含む液体を塗布して含浸させ、乾燥
や熱分解させた後、更に溶射層に含浸されたAl2Ｏ3、Zr
O2のうち少なくとも１種をリチウム化する。リチウム化
の具体的な方法としては、構造部材を溶融したLi2Ｏ3等
に浸漬したり、Liガスを含む雰囲気中にさらしたり、構
造部材の所定部位にLiを含む溶液を塗布する方法が挙げ
られる。 （作用） 上述したような方法によれば、金属母材表面に金属の
溶射層が形成されており、この溶射層は母材との密着性
が良好であり、しかも多孔質であるためアルミナ等のセ
ラミックスを含む液体との濡れ性がよく溶射層の気孔中
及び表面に均一に分布する。そして、溶射層の気孔中に
含浸されたAl2Ｏ3やZrO2をリチウム化すると、エッジシ
ール部が電解質と直接接触しても、電解質中のLi2Ｏ3が
消費されて電解質の組成が変化するのを防止することが
できる。また、このような構造部材を燃料電池に組込ん
だ場合、作動温度である650℃以上まで昇温する過程で
バインダーの揮散等が生じ、溶着層の気孔を埋めた状態
で均一かつ緻密な、リチウム化されたアルミナやジルコ
ニアからなるセラミックスが形成される。こうして形成
されたセラミックスは、他のセラミックス例えばTiO2、
Si3Ｎ4、SiO2と異なり耐溶融炭酸塩腐食性が高いので、
母材と溶融炭酸塩が接触するのを防止することができ、
また高い絶縁性も有する。 なお、例えばアルミナ等を含む有機金属重合体を塗布
した後、燃料電池に組込む前に予め熱分解が生じる温度
に保持すれば、燃料電池に組込んだ後の昇温過程でより
均一かつ緻密なセラミックスを形成することができる。 （実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。 実施例１ まず、板状のSUS316ステンレス鋼からなる母材の全表
面にNiCrAlY合金粉末を溶射して約100μｍ厚の溶射層を
形成した。次に、溶射層の表面にそれぞれAl2Ｏ3又はZr
O2を主成分とする液状の有機金属重合体を塗布した後、
乾燥して２種の試験片を作製した。これらの試験片を熱
分解が生じる温度に保持した後、Li2Ｏ3に浸漬してその
表面をリチウム化した。 これらの試験片をＯ2/CO2（Ｏ2:CO2＝1:2）混合ガス
気流中に設置されたアルミナルツボ中の溶融炭酸塩（モ
ル比でLi2CO3:K2CO3＝62:38）に100時間半浸漬し、その
耐食性を調べた。その結果、両試験片とも腐食による減
量は、５×10-4mg/mm2以下であった。 比較例１ SUS316ステレンス鋼からなる母材の全表面にNiCrAlY
合金粉末を溶射して約100μｍ厚の溶射層を形成しただ
けの試験片について、実施例１と同様な耐食性試験を行
なったところ腐食による減量は1.5×10-2mg/cm2であっ
た。 比較例２ SUS316ステンレス鋼に何らの処理も施さずに、実施例
１と同様な耐食性試験を行なったところ、腐食による減
量は3.2×10-1mg/mm2であった。 ［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の溶融炭酸塩燃料電池の構
造部材の表面処理方法によれば、溶融炭酸塩燃料電池の
構造部材に容易に耐溶融炭酸塩腐食性及び絶縁性を付与
することができ、電池性能の劣化や強度低下を防止でき
る等顕著な効果を奏するものである。
の表面処理方法に関する。 （従来の技術） 発電システムにおいては、エネルギ源の多様化、エネ
ルギの有効活用の観点から、燃料電池の開発が進められ
ている。燃料電池のうちでも、溶融炭酸塩型燃料電池は
燃料効率の点で優れているが、650℃以上の高温で運転
されることに加えて、極めて腐食性の高い溶融炭酸塩を
電解質として用いているため、その構造部材は激しい腐
食を受ける。 こうした構造部材の腐食は、有害腐食生成物の生成に
よる電池性能の劣化、肉厚減少に伴う電池性能及び強度
低下を起こす。更に、腐食が激しい場合には構造部材と
して機能しなくなり、燃料ガスである水素と酸素との混
合が生じ、両者の直接反応による急激な燃焼を起こすお
それがある。特に、各種構造部材のうちでもセパレータ
のエッジシール部で激しい腐食が起きると、以上のよう
な問題が顕著となる。 ところで、燃料電池は単セルを直列に接続して大出力
を得るシステム構造となっているため、各セルは絶縁さ
れていなければならない。このため、セパレータのエッ
ジシール部は電気抵抗の大きい材料で構成されているこ
とが望ましい。 この点、アルミナのような絶縁セラミックスを用いる
と有利であるが、セラミックスは母材である金属との接
合が困難であるうえ、母材との膨張差に起因してセルの
そりやゆがみあるいは接合部の剥離等を生じるという問
題がある。 また、アルミナ等のセラミックスを含む液状の有機金
属重合体を金属母材表面に塗布し、昇温して熱分解させ
ることにより塗膜を形成することも考えられる。しか
し、金属母材表面には液状の重合体を均一に塗布するこ
とが困難であり、局部的に厚くなったり薄くなったり
し、極端な場合には塗布できないこともある。また、厚
く塗布された部分では熱分解過程で割れが生じやすく、
燃料電池に組込んだ場合に割れ部分の耐食性が極めて悪
くなるという問題がある。 更に、アルミナ等のセラミックス粉末を金属母材表面
に溶射することも考えられる。しかし、形成されたセラ
ミックス溶射層は、金属母材との界面で割れを生じやす
いうえ、多孔質であることから燃料電池に組込んだ場合
に気孔を通して溶融炭酸塩が侵入し、母材を腐食すると
いう問題がある。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は蒸気問題点を解決するためになされたもので
あり、溶融炭酸塩燃料電池の構造部材として用いられ、
耐溶融炭酸塩腐食性及び絶縁性が要求される耐溶融炭酸
塩腐食材料を容易に製造することができる方法を提供す
ることを目的とする。 ［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の他の溶融炭酸塩燃料電池の構造部材の表面処
理方法は、溶融炭酸塩燃料電池の構造部材をなす金属母
材の表面に、NiCr系合金またはこれらにFeが添加された
合金を溶射する工程と、該溶射層表面の少なくとも一部
にAl2Ｏ3、ZrO2のうち少なくとも１種を含む液体を塗布
して含浸させる工程と、溶射層に含浸されたAl2Ｏ3、Zr
O2のうち少なくとも１種の表面をリチウム化する工程と
を具備したことを特徴とするものである。 本発明において、母材の金属としては例えばSUS316等
のステンレス鋼が挙げられる。また、溶着層を構成する
金属としては、母材との接着が強固であればどのような
材料でもよいが、接着強度のほかに耐溶融炭酸塩腐食性
を考慮すると、NiCr系合金、例えばNiCrAl合金やNiCrAl
Y合金あるいはこれらにFeが添加された合金等が特に望
ましい。 本発明において、Al2Ｏ3、ZrO2のうち少なくとも１種
を含む液体としては、これらを水又は有機溶媒に分散さ
せたもの、あるいはこれらを含む液状の有機金属重合体
を挙げることができる。ここで、有機金属重合体とは、
たとえばアルミニウムアルコキシド、ジルコニウムアル
コキシドなどである。これらの液体を塗布する方法とし
ては、ハケ等を用いる方法、液体中に浸漬する方法等を
挙げることができる。なお、塗布は１回だけに限らず、
数回繰返してもよい。また、これらの液体、例えば液状
の有機金属重合体を塗布した後、熱分解の生じる温度に
保持してもよい。 本発明においては、溶射層の表面にAl2Ｏ3、ZrO2のう
ち少なくとも１種を含む液体を塗布して含浸させ、乾燥
や熱分解させた後、更に溶射層に含浸されたAl2Ｏ3、Zr
O2のうち少なくとも１種をリチウム化する。リチウム化
の具体的な方法としては、構造部材を溶融したLi2Ｏ3等
に浸漬したり、Liガスを含む雰囲気中にさらしたり、構
造部材の所定部位にLiを含む溶液を塗布する方法が挙げ
られる。 （作用） 上述したような方法によれば、金属母材表面に金属の
溶射層が形成されており、この溶射層は母材との密着性
が良好であり、しかも多孔質であるためアルミナ等のセ
ラミックスを含む液体との濡れ性がよく溶射層の気孔中
及び表面に均一に分布する。そして、溶射層の気孔中に
含浸されたAl2Ｏ3やZrO2をリチウム化すると、エッジシ
ール部が電解質と直接接触しても、電解質中のLi2Ｏ3が
消費されて電解質の組成が変化するのを防止することが
できる。また、このような構造部材を燃料電池に組込ん
だ場合、作動温度である650℃以上まで昇温する過程で
バインダーの揮散等が生じ、溶着層の気孔を埋めた状態
で均一かつ緻密な、リチウム化されたアルミナやジルコ
ニアからなるセラミックスが形成される。こうして形成
されたセラミックスは、他のセラミックス例えばTiO2、
Si3Ｎ4、SiO2と異なり耐溶融炭酸塩腐食性が高いので、
母材と溶融炭酸塩が接触するのを防止することができ、
また高い絶縁性も有する。 なお、例えばアルミナ等を含む有機金属重合体を塗布
した後、燃料電池に組込む前に予め熱分解が生じる温度
に保持すれば、燃料電池に組込んだ後の昇温過程でより
均一かつ緻密なセラミックスを形成することができる。 （実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。 実施例１ まず、板状のSUS316ステンレス鋼からなる母材の全表
面にNiCrAlY合金粉末を溶射して約100μｍ厚の溶射層を
形成した。次に、溶射層の表面にそれぞれAl2Ｏ3又はZr
O2を主成分とする液状の有機金属重合体を塗布した後、
乾燥して２種の試験片を作製した。これらの試験片を熱
分解が生じる温度に保持した後、Li2Ｏ3に浸漬してその
表面をリチウム化した。 これらの試験片をＯ2/CO2（Ｏ2:CO2＝1:2）混合ガス
気流中に設置されたアルミナルツボ中の溶融炭酸塩（モ
ル比でLi2CO3:K2CO3＝62:38）に100時間半浸漬し、その
耐食性を調べた。その結果、両試験片とも腐食による減
量は、５×10-4mg/mm2以下であった。 比較例１ SUS316ステレンス鋼からなる母材の全表面にNiCrAlY
合金粉末を溶射して約100μｍ厚の溶射層を形成しただ
けの試験片について、実施例１と同様な耐食性試験を行
なったところ腐食による減量は1.5×10-2mg/cm2であっ
た。 比較例２ SUS316ステンレス鋼に何らの処理も施さずに、実施例
１と同様な耐食性試験を行なったところ、腐食による減
量は3.2×10-1mg/mm2であった。 ［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の溶融炭酸塩燃料電池の構
造部材の表面処理方法によれば、溶融炭酸塩燃料電池の
構造部材に容易に耐溶融炭酸塩腐食性及び絶縁性を付与
することができ、電池性能の劣化や強度低下を防止でき
る等顕著な効果を奏するものである。
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フロントページの続き
(72)発明者 藤原 鉄雄
川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社
東芝総合研究所内
(72)発明者 金子 尚史
川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社
東芝総合研究所内
(56)参考文献 特開 昭59−201371（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−51770（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−54282（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−29074（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−17864（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−17865（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．溶融炭酸塩燃料電池の構造部材をなす金属母材の表
面に、NiCr系合金またはこれらにFeが添加された合金を
溶射する工程と、該溶射層表面の少なくとも一部にAl2
Ｏ3、ZrO2のうち少なくとも１種を含む液体を塗布して
含浸させる工程と、溶射層に含浸されたAl2Ｏ3、ZrO2の
うち少なくとも１種の表面をリチウム化する工程とを具
備したことを特徴とする溶融炭酸塩燃料電池の構造部材
の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61284546A JP2760982B2 (ja) | 1986-11-29 | 1986-11-29 | 溶融炭酸塩燃料電池の構造部材の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61284546A JP2760982B2 (ja) | 1986-11-29 | 1986-11-29 | 溶融炭酸塩燃料電池の構造部材の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63138665A JPS63138665A (ja) | 1988-06-10 |
| JP2760982B2 true JP2760982B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=17679851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61284546A Expired - Fee Related JP2760982B2 (ja) | 1986-11-29 | 1986-11-29 | 溶融炭酸塩燃料電池の構造部材の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2760982B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10045912C2 (de) * | 2000-09-16 | 2002-08-01 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Schmelzcarbonat-Brennstoffzelle sowie Schmelzcarbonat-Brennstoffzelle |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5987767A (ja) * | 1982-11-10 | 1984-05-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融塩型燃料電池電極の製造方法 |
| JPS59201371A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-14 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| JPS6151770A (ja) * | 1984-08-21 | 1986-03-14 | Toshiba Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
-
1986
- 1986-11-29 JP JP61284546A patent/JP2760982B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63138665A (ja) | 1988-06-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
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