JP2932211B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池用耐食ステンレス鋼 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池用耐食ステンレス鋼Info
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Description
使用する溶融炭酸塩型燃料電池のセパレーターや集電板
など溶融塩と接触する構成材料、特にカソード側環境で
使用されるステンレス鋼に関するものである。
い高温のアルカリ炭酸塩を使用するため、構成部材の耐
食性を確保することが重要な課題である。従来より、電
池のアノード側の環境での耐食性には電気化学的に貴な
金属が有効であることが知られており、Niや高Ni合
金の適用が検討されるに至っている。しかし、カソード
側環境での耐食性を抜本的に改善する方法は開発されて
おらず、SUS316(Fe−17Cr−12Ni−
2.5Mo)やSUS310S(Fe−25Cr−20
Ni)が使用されてきた。しかし、SUS316やSU
S310Sの耐食性も充分ではなく、長期にわたる使用
には耐えないという問題点が存在した。
に対して耐食性を確保するには、鋼材にAlを添加した
り、Alコーティングを表面に施すことで、Al2 O3
皮膜を形成させることが有効であることが知られてい
た。しかし、Al2 O3 皮膜は電気抵抗が高いため、燃
料電池の発電効率を低下させるので好ましくない。そこ
で、Al添加により耐食性を確保しつつ電気抵抗の低下
を生じない方法として、特開昭63−190143号公
報においては、Crを15〜35%、Niを15〜35
%添加したFe基合金にAlを0.1〜0.9%とYを
0.5%以下複合添加することが開示されている。ま
た、特にカソード側環境での耐食性に優れた金属材料と
して、特開平1−252757号公報においては、Si
量を0.2%以下に制御したCr量15〜30%、Ni
量8〜35%のFe基合金に0.05〜2%のAlや
0.5%以下のYなどを添加する方法が開示されてい
る。
気抵抗が低下しない程度のAl添加量であるため、Al
添加本来の高耐食性化の機構であるAl2 O3 皮膜生成
もしくは酸化スケール内におけるAlの存在が充分確認
されるまでには至っていないために、長期間の使用に対
して充分な耐食性を有しているとは言えない。また、こ
れらの合金はCrやNiを比較的多く含有する上に、A
lやYなどの添加が不可欠であるため製造コストの上昇
をまねくという欠点もある。
らず、現状では、溶融炭酸塩型燃料電池のカソード側環
境において充分な耐食性を有しているステンレス鋼は開
発されていないのが現状である。
型燃料電池におけるカソード側での耐食性に優れたステ
ンレス鋼の開発を目的としてなされたものである。
鋼の添加元素量と溶融炭酸塩型燃料電池のカソード側環
境での耐食性との関係について電気化学的に系統的な研
究を行った結果、下記の様に合金成分量、特にCrとN
i、Mn含有量を規定することで、耐食性に優れたステ
ンレス鋼が得られることを見出した。
ントで、 C:0.1%以下、 Si:1%以下、 Mn:0.2〜35%、 Cr:5〜26.5%、 Ni:0.5〜19%、 Mo:0.5%以下、 Cu:1%以下を含み、 残部はFeと不可避不純物から構成される溶融炭酸塩型
燃料電池用耐食ステンレス鋼にある。
がある。しかし、Cの多量の添加は、合金の熱間加工性
などの製造性を阻害するために、0.1%以下に限定す
る。
善する効果があるが、過度に添加すると加工性が低下す
るため、1%以下に限定する。 Mn:Mnは溶融炭酸塩型燃料電池のカソード側環境で
の耐食性を高める効果がある。この耐食性改善は、少量
のMn添加でもその効果を期待できるが、0.2%以上
添加する必要がある。また、MnはNiに比較して安価
なオーステナイト生成元素であるため、高温強度や靱性
を確保できるオーステナイト相を得る際に合金の低コス
ト化を計ることができる。しかし、35%超の添加は加
工性を害するため、耐食性は向上するものの大幅なコス
ト上昇につながる。そのため、Mn添加量は0.2〜3
5%とする。
複合酸化物から成る酸化スケールを形成し、溶融炭酸塩
中でのステンレス鋼の耐食性を高める。しかし、燃料電
池のカソード側の電位はCr酸化物の溶解電位域にある
ため、酸化スケールがCr酸化物主体になるほど多量の
Crを添加すると、かえって耐食性が劣化する。したが
って、Cr添加量は安定な酸化スケールを形成し、かつ
Cr酸化物の溶解も起こらない範囲に制限する必要があ
る。そのため、Cr添加量は5〜26.5%とする。
り、加工性や靱性、高温強度を確保するためにオーステ
ナイト相を得る際に有用な元素である。しかし、カソー
ド側環境の電位域において、NiやNi酸化物は溶解す
るため、多量の添加はカソード雰囲気での耐食性を劣化
させる。一方、その作用機構は明らかではないが、Ni
含有量が0.5%未満になると耐食性が劣化するという
現象が存在する。そのため、Ni添加量を0.5〜19
%とする。
での耐食性を改善する効果がある。しかし、溶融炭酸塩
型燃料電池のカソード側環境においては、Moの含有量
が0.5%を越えると耐溶融塩耐食性がかえって劣化す
る傾向がある。そこで、Mo添加量は0.5%以下に限
定する。 Cu:Cuは電気化学的に貴な金属であり、Cu添加に
より合金の自然電極電位が貴になるため、アノード環境
もしくは電池の停止状態に相当する浸漬状態においては
耐食性を改善する作用がある。しかし、カソード雰囲気
においては、その含有量が1%を越えるとかえって耐食
性を劣化させる傾向がある。そこで、Cu添加量は1%
以下とする。
る。表1に本発明鋼と比較鋼の化学組成を示す。比較鋼
としては、SUS316、SUS310Sと本発明鋼の
組成に近いが本発明の要件を満足していない鋼種であ
る。これらA〜Qの鋼種は、実験室にて真空溶解、熱間
圧延、焼鈍を施した板から切り出して作製したものであ
る。SUS316とSUS310Sは市販材を使用し
た。
O3 塩(Li2 CO3 :K2 CO3 =62モル%:38
モル%)中での分極曲線測定により試験した。分極曲線
測定に際しては、溶融塩を空気を70vol%とCO2
を30vol%混合したガス雰囲気に保持した。また、
試験片の電位はO2 /CO2 、Au電極(O2 :CO 2
=30vol%:70vol%)を基準にして測定し
た。分極曲線の測定は、20mV/minの動電位法で自然電
極電位からアノード分極方向に電位を走引した。
であるSUS310Sと本発明鋼である鋼種AとEの分
曲線である。溶融炭酸塩燃料電池のカソード側環境での
耐食性は、図1に示した様に電位−0.1Vでの電流密
度値により評価した。電流密度が高いほど、金属の溶解
速度が速いことを示しており、鋼材の耐食性が低いこと
になる。図1において、本発明鋼はSUS310Sより
電流密度が小さく、さらに電流密度が低い領域も広くな
っており、耐食性が良好であることが分かる。
食性との関係を示す。Niを含まない(0.05%以
下)場合、約20%のNiを添加した場合ともに、Cr
の含有量が高くなるほど耐食性が向上することが分か
る。しかし、現行材であるSUS316やSUS310
S以上の耐食性を得ることはできない。ところが、G鋼
やE鋼の様にNi、Mn量などを適正な範囲に制御する
ことで、現行材より耐食性に優れたCr量の領域が現れ
る。また、Cuを2%添加したN鋼や25%Cr−13
%NiにMoを0.8%添加したO鋼の耐食性は現行材
より低く、CuやMoはカソード側環境での耐食性を低
下させることが分かる。
耐食性との関係を示す。Mn添加量が高くなるほど耐食
性が向上することが分かる。現行材の耐食性を上回るに
は、0.2%以上添加する必要がある。図4に、Ni添
加量とカソード側環境での耐食性との関係を示す。Ni
が0.5%から19%の範囲の添加量の場合に、現行材
よりも耐食性が向上する。
炭酸塩を使用する溶融炭酸塩型燃料電池のカソード側環
境での使用に耐えうる耐食性を有するステンレス鋼を得
ることに成功したものである。本発明のステンレス鋼
は、現在SUS316やSUS310Sなどが使用され
ている燃料電池のカソード側環境の構成材料として非常
に有効である。さらに、電池のアノード側環境での耐食
性に優れたNi基やFe基合金と本発明鋼をクラッド化
することにより、アノードおよびカソードの両環境にお
いて耐えうる材料を得ることができる。この様に本発明
鋼の使用により、溶融炭酸塩型燃料電池の長寿命化がは
かれる。
とEの分極曲線を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】 重量パーセントで、 C:0.1%以下、 Si:1%以下、 Mn:0.2〜35%、 Cr:5〜26.5%、 Ni:0.5〜19%、 Mo:0.5%以下、 Cu:1%以下を含み、 残部はFeと不可避不純物から構成される溶融炭酸塩型
燃料電池用耐食ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3007850A JP2932211B2 (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 溶融炭酸塩型燃料電池用耐食ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3007850A JP2932211B2 (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 溶融炭酸塩型燃料電池用耐食ステンレス鋼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04247852A JPH04247852A (ja) | 1992-09-03 |
JP2932211B2 true JP2932211B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=11677102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3007850A Expired - Lifetime JP2932211B2 (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 溶融炭酸塩型燃料電池用耐食ステンレス鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2932211B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3239342A4 (en) * | 2014-12-26 | 2018-05-16 | Posco | Austenitic-based stainless steel for fuel cell |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2352443C (en) * | 2000-07-07 | 2005-12-27 | Nippon Steel Corporation | Separators for solid polymer fuel cells and method for producing same, and solid polymer fuel cells |
-
1991
- 1991-01-25 JP JP3007850A patent/JP2932211B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3239342A4 (en) * | 2014-12-26 | 2018-05-16 | Posco | Austenitic-based stainless steel for fuel cell |
US10494707B2 (en) | 2014-12-26 | 2019-12-03 | Posco | Austenitic-based stainless steel for molten carbonate fuel cell |
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JPH04247852A (ja) | 1992-09-03 |
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