JP3328703B2 - 耐蝕材料の製造方法、耐蝕材料および溶融炭酸塩形燃料電池用金属部材 - Google Patents
耐蝕材料の製造方法、耐蝕材料および溶融炭酸塩形燃料電池用金属部材Info
- Publication number
- JP3328703B2 JP3328703B2 JP27934797A JP27934797A JP3328703B2 JP 3328703 B2 JP3328703 B2 JP 3328703B2 JP 27934797 A JP27934797 A JP 27934797A JP 27934797 A JP27934797 A JP 27934797A JP 3328703 B2 JP3328703 B2 JP 3328703B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- corrosion
- resistant material
- mass
- molten carbonate
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0206—Metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0206—Metals or alloys
- H01M8/0208—Alloys
- H01M8/021—Alloys based on iron
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐蝕材料の製造方
法、耐蝕材料および溶融炭酸塩形燃料電池用金属部材に
関する。
法、耐蝕材料および溶融炭酸塩形燃料電池用金属部材に
関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、溶融炭酸塩形燃料電池は、酸化
剤極と燃料極との二つの電極間に溶融炭酸塩の電解質を
保持し、燃料に水素、一酸化炭素、炭化水素やその改良
ガス等を用いて発電する電池である。この溶融炭酸塩形
燃料電池は、従来の火力発電に比べ、燃料の多様性がは
かれること、エネルギー変換効率が高いこと、環境汚染
物質の排出量がきわめて少ないこと等の利点があること
から、次世代の発電装置として実用化が望まれている技
術であり、すでに、１０００KWの実証化プラントに向け
て開発が進められている。
剤極と燃料極との二つの電極間に溶融炭酸塩の電解質を
保持し、燃料に水素、一酸化炭素、炭化水素やその改良
ガス等を用いて発電する電池である。この溶融炭酸塩形
燃料電池は、従来の火力発電に比べ、燃料の多様性がは
かれること、エネルギー変換効率が高いこと、環境汚染
物質の排出量がきわめて少ないこと等の利点があること
から、次世代の発電装置として実用化が望まれている技
術であり、すでに、１０００KWの実証化プラントに向け
て開発が進められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術を商用化するためには、燃料電池の長時間稼働時の信
頼性、安定性とともに、低コスト化が重要な課題となっ
ている。この溶融炭酸塩形燃料電池の現時点での問題点
は、電解質として腐食性の強い溶融炭酸塩を用いること
から、電池の金属構成部材の腐食と、それに伴う炭酸塩
の消耗である。溶融炭酸塩形燃料電池の金属構成部材と
してはカソード側のセパレータ材や集電板等があり、こ
れら構成部材にはＳＵＳ３１６ＬやＳＵＳ３１０Ｓ等の
ステンレス系鋼材の使用が検討されているが、上記のよ
うな使用目的に合致した十分な耐蝕性のある材料は得ら
れていないのが実情である。
術を商用化するためには、燃料電池の長時間稼働時の信
頼性、安定性とともに、低コスト化が重要な課題となっ
ている。この溶融炭酸塩形燃料電池の現時点での問題点
は、電解質として腐食性の強い溶融炭酸塩を用いること
から、電池の金属構成部材の腐食と、それに伴う炭酸塩
の消耗である。溶融炭酸塩形燃料電池の金属構成部材と
してはカソード側のセパレータ材や集電板等があり、こ
れら構成部材にはＳＵＳ３１６ＬやＳＵＳ３１０Ｓ等の
ステンレス系鋼材の使用が検討されているが、上記のよ
うな使用目的に合致した十分な耐蝕性のある材料は得ら
れていないのが実情である。
【０００４】このような構成部材の腐食問題の解決のた
めに、従来から種々の検討がなされている。例えば、ス
テンレス鋼の組成を特定の組成割合とした例（特開平８
−１６５５４６号公報）、ＳｉとＡｌを特定量含む材料
で、材料表面にアルミナ系酸化被膜を形成させた例（特
公平６−１３７４４号公報）等である。しかしながら、
このような材料であっても、比較的高温状態（６００〜
７００℃）での電池の長時間の稼働を考慮した場合に
は、必ずしも十分な耐蝕性を維持するものとは言い難
い。
めに、従来から種々の検討がなされている。例えば、ス
テンレス鋼の組成を特定の組成割合とした例（特開平８
−１６５５４６号公報）、ＳｉとＡｌを特定量含む材料
で、材料表面にアルミナ系酸化被膜を形成させた例（特
公平６−１３７４４号公報）等である。しかしながら、
このような材料であっても、比較的高温状態（６００〜
７００℃）での電池の長時間の稼働を考慮した場合に
は、必ずしも十分な耐蝕性を維持するものとは言い難
い。
【０００５】本発明の目的は、高温での長時間の稼働に
耐え十分な信頼性や安定性がある耐蝕材料の製造方法、
耐蝕材料および溶融炭酸塩形燃料電池用金属部材を得る
ことである。
耐え十分な信頼性や安定性がある耐蝕材料の製造方法、
耐蝕材料および溶融炭酸塩形燃料電池用金属部材を得る
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る耐
蝕材料の製造方法は、炭素を０．１５質量％以下、珪素
を０．２〜３質量％、マンガンを２．５質量％以下、ニ
ッケルを０．２〜２０質量％、クロムを１５〜２５質量
％、アルミニウムを１．５〜５質量％、チタンを０．１
〜３質量％、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼
を、酸素成分が湿水素ガス中で９５０〜１２００℃にお
いて酸素分圧９×１０ −２０ 〜６×１０ −１４ atmで含
まれる雰囲気で酸化することにより、少なくともクロム
酸化物、アルミ酸化物およびチタン酸化物を含む酸化被
膜を形成させ、導電性の耐蝕材料を製造するようにした
ことを特徴とする。
蝕材料の製造方法は、炭素を０．１５質量％以下、珪素
を０．２〜３質量％、マンガンを２．５質量％以下、ニ
ッケルを０．２〜２０質量％、クロムを１５〜２５質量
％、アルミニウムを１．５〜５質量％、チタンを０．１
〜３質量％、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼
を、酸素成分が湿水素ガス中で９５０〜１２００℃にお
いて酸素分圧９×１０ −２０ 〜６×１０ −１４ atmで含
まれる雰囲気で酸化することにより、少なくともクロム
酸化物、アルミ酸化物およびチタン酸化物を含む酸化被
膜を形成させ、導電性の耐蝕材料を製造するようにした
ことを特徴とする。
【０００７】請求項２の発明に係る導電性の耐蝕材料
は、請求項１に記載の製造方法により得られたことを特
徴とする。
は、請求項１に記載の製造方法により得られたことを特
徴とする。
【０００８】請求項３の発明に係る溶融炭酸塩形燃料電
池用金属部材は、請求項２に記載の導電性の耐蝕材料を
用いたことを特徴とする。
池用金属部材は、請求項２に記載の導電性の耐蝕材料を
用いたことを特徴とする。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明者らは、上記課題の解決の
ために、導電性を有し、かつ優れた耐蝕性を持つステン
レス系材料の開発を目的として種々の検討を重ねた結
果、少なくとも、クロム酸化物、アルミニウム酸化物、
チタン酸化物を含んでなる酸化被膜を形成したステンレ
ス系材料は、過酷な腐食環境においても高耐蝕性を維持
し、また、機械的強度も優れた材料であること、およ
び、この材料は特に溶融炭酸塩形燃料電池のセパレータ
ー等の構成部材として十分使用に耐えるとの知見を得
た。更に、その材料の一製法として、ある特殊な酸化条
件下で基材表面を酸化処理することにより前記した導電
性の高耐蝕性材料を得るとの知見を得て本発明を完成し
た。
ために、導電性を有し、かつ優れた耐蝕性を持つステン
レス系材料の開発を目的として種々の検討を重ねた結
果、少なくとも、クロム酸化物、アルミニウム酸化物、
チタン酸化物を含んでなる酸化被膜を形成したステンレ
ス系材料は、過酷な腐食環境においても高耐蝕性を維持
し、また、機械的強度も優れた材料であること、およ
び、この材料は特に溶融炭酸塩形燃料電池のセパレータ
ー等の構成部材として十分使用に耐えるとの知見を得
た。更に、その材料の一製法として、ある特殊な酸化条
件下で基材表面を酸化処理することにより前記した導電
性の高耐蝕性材料を得るとの知見を得て本発明を完成し
た。
【００１２】即ち本発明は、クロムを１５〜２５％、ア
ルミニウムを１．５〜５％、チタンを０．１〜３％を含
んだ鋼を酸化処理し、少なくともクロム酸化物、アルミ
ニウム酸化物、チタン酸化物を含んでなる酸化被膜を形
成した導電性の耐蝕材料に関し、水などの酸素成分を含
む水素中で表面を酸化すること特徴とする導電性耐蝕材
料の製法に関するものである。
ルミニウムを１．５〜５％、チタンを０．１〜３％を含
んだ鋼を酸化処理し、少なくともクロム酸化物、アルミ
ニウム酸化物、チタン酸化物を含んでなる酸化被膜を形
成した導電性の耐蝕材料に関し、水などの酸素成分を含
む水素中で表面を酸化すること特徴とする導電性耐蝕材
料の製法に関するものである。
【００１３】次に本発明を更に詳細に説明する。本発明
の耐蝕材料の基材は、クロムを含む金属、例えばステン
レス鋼、特に好ましい基材は、生成酸化被膜の耐蝕性に
適した成分組成が得られることから、次の成分（質量
％）を含むステンレス鋼である（以下、成分について単
に数値を記載している場合は質量％を示す）。即ち、
Ｃ：０．１５以下，Ｓｉ：０．２〜３，Ｍｎ：２．５以
下，Ｎｉ：０．２〜２０，Ｃｒ：１５〜２５，Ａｌ：
１．５〜５，Ｔｉ：０．１〜３を含み残部が鉄および不
可避不純物からなる鋼、特にＡｌが少なくとも１．５で
ある鋼を用いると耐蝕性に優れかつ電気抵抗の低い材料
が得られる。
の耐蝕材料の基材は、クロムを含む金属、例えばステン
レス鋼、特に好ましい基材は、生成酸化被膜の耐蝕性に
適した成分組成が得られることから、次の成分（質量
％）を含むステンレス鋼である（以下、成分について単
に数値を記載している場合は質量％を示す）。即ち、
Ｃ：０．１５以下，Ｓｉ：０．２〜３，Ｍｎ：２．５以
下，Ｎｉ：０．２〜２０，Ｃｒ：１５〜２５，Ａｌ：
１．５〜５，Ｔｉ：０．１〜３を含み残部が鉄および不
可避不純物からなる鋼、特にＡｌが少なくとも１．５で
ある鋼を用いると耐蝕性に優れかつ電気抵抗の低い材料
が得られる。
【００１４】本発明者らは、上記した基材の表面に、少
なくともクロム酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸
化物などの酸化物からなる選択的酸化被膜を形成した材
料は、導電性を示し、高耐蝕性、特に溶融炭酸塩に対し
て高耐蝕性を示すこと、およびこの材料が燃料電池用金
属部材として好適な材料となることを見出した。
なくともクロム酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸
化物などの酸化物からなる選択的酸化被膜を形成した材
料は、導電性を示し、高耐蝕性、特に溶融炭酸塩に対し
て高耐蝕性を示すこと、およびこの材料が燃料電池用金
属部材として好適な材料となることを見出した。
【００１５】この材料の上記した特徴は、通常の溶融炭
酸塩形燃料電池の電解質に用いられる溶融炭酸塩（Ｌｉ
２ＣＯ３ 、Ｋ２ＣＯ３の混合塩で６５０℃では溶融状
態）中においての経時的な重量増加、およびこの材料と
接する溶融炭酸塩中の残存リチウム量で認識される炭酸
塩の経時的な消費量が極めて少ないことからも明らかで
ある。この経時的な重量増加が少ないことは、溶融塩中
での材料の高耐蝕性を示し、また炭酸塩の経時的な消費
量が少ないことは、これらを電解質および金属部材とし
て用いた燃料電池の高性能を保証する。
酸塩形燃料電池の電解質に用いられる溶融炭酸塩（Ｌｉ
２ＣＯ３ 、Ｋ２ＣＯ３の混合塩で６５０℃では溶融状
態）中においての経時的な重量増加、およびこの材料と
接する溶融炭酸塩中の残存リチウム量で認識される炭酸
塩の経時的な消費量が極めて少ないことからも明らかで
ある。この経時的な重量増加が少ないことは、溶融塩中
での材料の高耐蝕性を示し、また炭酸塩の経時的な消費
量が少ないことは、これらを電解質および金属部材とし
て用いた燃料電池の高性能を保証する。
【００１６】本発明の金属部材を構成する材料は、前記
した、材料の経時的な重量増加が、炭酸リチウムを含む
溶融炭酸塩に２００時間接触した際に、単位材料表面
（mm 2 ）当り０．３mg以下であること、および、その際
の炭酸塩の経時的な消費量を示す溶融炭酸塩中のリチウ
ム濃度変化が、初期リチウム濃度に対して５%以下であ
るとの試験結果からも上記した特性を持つことが判る。
した、材料の経時的な重量増加が、炭酸リチウムを含む
溶融炭酸塩に２００時間接触した際に、単位材料表面
（mm 2 ）当り０．３mg以下であること、および、その際
の炭酸塩の経時的な消費量を示す溶融炭酸塩中のリチウ
ム濃度変化が、初期リチウム濃度に対して５%以下であ
るとの試験結果からも上記した特性を持つことが判る。
【００１７】尚、前記材料表面の酸化物はＸ線分析によ
り確認した。また、材料の経時的な重量増加は、材料に
溶融炭酸塩中を塗布した際の初期および経時後の夫々の
材料を水洗、有機溶媒等で洗浄後乾燥し恒量とした際の
重量を基に求めた。更にリチウム濃度はプラズマ発光分
光（ＩＣＰ）などの分析法により求めた。
り確認した。また、材料の経時的な重量増加は、材料に
溶融炭酸塩中を塗布した際の初期および経時後の夫々の
材料を水洗、有機溶媒等で洗浄後乾燥し恒量とした際の
重量を基に求めた。更にリチウム濃度はプラズマ発光分
光（ＩＣＰ）などの分析法により求めた。
【００１８】本発明の材料表面の酸化物被膜の厚さは
０．５〜５μmであり、また、この材料は表面酸化物被
覆面の密着性が高いことも特徴で、少なくともＴｉ酸化
物を含む酸化物被覆面の組成等が影響するものと考えら
れる。
０．５〜５μmであり、また、この材料は表面酸化物被
覆面の密着性が高いことも特徴で、少なくともＴｉ酸化
物を含む酸化物被覆面の組成等が影響するものと考えら
れる。
【００１９】次に本発明の製法について説明する。本発
明の導電性耐蝕材料の製法は、材料表面を酸化性雰囲気
下に置く方法であるが、酸素成分を含む水素雰囲気下で
酸化する方法である。酸素成分を含む水素雰囲気下での
酸化法の好ましい態様は、水素ガスを水中に導入して発
泡状態とし、水分を含んだ水素ガス、いわゆる湿水素ガ
スとしたものを酸化系に導入し、回分式又はガス流通下
で連続的に基材の被酸化表面と接触させる方法である。
この際の湿水素ガス中の水分割合は、水分が結露する温
度（露点）で表すと、湿水素ガス中の水分の露点が２０
〜５０℃の範囲が好ましい。この露点が２０℃より低い
と必要な酸化被膜の形成に長時間の処理が必要となり、
５０℃より高いと表面被膜が多孔質となり充分な密着性
が得られない。また、酸化温度は９５０〜１２００℃、
時間は３０〜１８０分の範囲であることが好ましい。こ
のような条件で酸化処理すると後に述べるように、処理
した材料の耐蝕性、強度の面で好ましい結果を得る。
明の導電性耐蝕材料の製法は、材料表面を酸化性雰囲気
下に置く方法であるが、酸素成分を含む水素雰囲気下で
酸化する方法である。酸素成分を含む水素雰囲気下での
酸化法の好ましい態様は、水素ガスを水中に導入して発
泡状態とし、水分を含んだ水素ガス、いわゆる湿水素ガ
スとしたものを酸化系に導入し、回分式又はガス流通下
で連続的に基材の被酸化表面と接触させる方法である。
この際の湿水素ガス中の水分割合は、水分が結露する温
度（露点）で表すと、湿水素ガス中の水分の露点が２０
〜５０℃の範囲が好ましい。この露点が２０℃より低い
と必要な酸化被膜の形成に長時間の処理が必要となり、
５０℃より高いと表面被膜が多孔質となり充分な密着性
が得られない。また、酸化温度は９５０〜１２００℃、
時間は３０〜１８０分の範囲であることが好ましい。こ
のような条件で酸化処理すると後に述べるように、処理
した材料の耐蝕性、強度の面で好ましい結果を得る。
【００２０】なお、上記したような露点範囲における系
の酸素分圧は、水および水素の分圧（ＰH2O／ＰH2）
と、系の温度における自由エネルギー変化から求めら
れ、本発明（酸化温度：９５０〜１２００℃）において
は約９×１０-20〜６×１０-14atmの範囲となる。
の酸素分圧は、水および水素の分圧（ＰH2O／ＰH2）
と、系の温度における自由エネルギー変化から求めら
れ、本発明（酸化温度：９５０〜１２００℃）において
は約９×１０-20〜６×１０-14atmの範囲となる。
【００２１】本発明の方法では、前記したようにクロム
を含む金属、例えば、前記した本発明の材料の基材とし
て好ましい組成を含むステンレス鋼を基材とすることが
できるが、このような金属を、前記した条件で酸化を行
うことにより、基材中のクロムが選択的に酸化され、ク
ロム酸化物の豊富な酸化被膜が形成されると同時に、Ａ
ｌ，Ｔｉの酸化物も形成され、少なくともこれらの酸化
物の相互作用により、耐蝕性、特に高温耐蝕性に優れた
被膜が形成されると同時に、表面酸化被膜の密着性に優
れた高強度の表面を持つものが得られると考えられ、ま
た、前記したような好ましい組成（％）、即ち、少なく
ともＣｒ：１５〜２５，Ａｌ：１．５〜５，Ｔｉ：０．
１〜３を満足する基材を用いることで電気抵抗の低い材
料を得られるものと考えられる。
を含む金属、例えば、前記した本発明の材料の基材とし
て好ましい組成を含むステンレス鋼を基材とすることが
できるが、このような金属を、前記した条件で酸化を行
うことにより、基材中のクロムが選択的に酸化され、ク
ロム酸化物の豊富な酸化被膜が形成されると同時に、Ａ
ｌ，Ｔｉの酸化物も形成され、少なくともこれらの酸化
物の相互作用により、耐蝕性、特に高温耐蝕性に優れた
被膜が形成されると同時に、表面酸化被膜の密着性に優
れた高強度の表面を持つものが得られると考えられ、ま
た、前記したような好ましい組成（％）、即ち、少なく
ともＣｒ：１５〜２５，Ａｌ：１．５〜５，Ｔｉ：０．
１〜３を満足する基材を用いることで電気抵抗の低い材
料を得られるものと考えられる。
【００２２】本発明の酸化クロムを主体とした酸化被膜
を形成した材料は、前記したように高耐蝕性材料であ
り、特に高温度で過酷な腐食環境を伴う溶融炭酸塩型燃
料電池の、例えばカソード側のセパレータ用金属部材等
として好適に利用される。
を形成した材料は、前記したように高耐蝕性材料であ
り、特に高温度で過酷な腐食環境を伴う溶融炭酸塩型燃
料電池の、例えばカソード側のセパレータ用金属部材等
として好適に利用される。
【００２３】
【実施例】実施例 下記の組成（質量％）の鋼板を試験片（板厚０．８mm、
幅１０mm、長さ２０mm）として用いた。 実施例；Ｃ：０．０１，Ｓｉ：０．３１，Ｍｎ：０．
２，Ｐ：０．０２５，Ｓ：０．００３，Ｃｒ：１８．３
４，Ａｌ：２．９８，Ｔｉ：０．１８，残部Ｆｅ。比較
例１；Ｃ：０．０３，Ｓｉ：１．４８，Ｍｎ：０．１
６，Ｐ：０．０３，Ｓ：０．００１，Ｎｉ：０．１８，
Ｃｒ：１２．３５，Ａｌ：０．９３，Ｔｉ：０．１５，
残部Ｆｅ。 比較例２；Ｃ：０．０５，Ｓｉ：３．０５，Ｍｎ：３．
０９，Ｐ：０．０２３，Ｓ：０．００１，Ｎｉ：１２．
５４，Ｃｒ：１８．３４，Ａｌ：０，Ｔｉ：０，残部Ｆ
ｅ。
幅１０mm、長さ２０mm）として用いた。 実施例；Ｃ：０．０１，Ｓｉ：０．３１，Ｍｎ：０．
２，Ｐ：０．０２５，Ｓ：０．００３，Ｃｒ：１８．３
４，Ａｌ：２．９８，Ｔｉ：０．１８，残部Ｆｅ。比較
例１；Ｃ：０．０３，Ｓｉ：１．４８，Ｍｎ：０．１
６，Ｐ：０．０３，Ｓ：０．００１，Ｎｉ：０．１８，
Ｃｒ：１２．３５，Ａｌ：０．９３，Ｔｉ：０．１５，
残部Ｆｅ。 比較例２；Ｃ：０．０５，Ｓｉ：３．０５，Ｍｎ：３．
０９，Ｐ：０．０２３，Ｓ：０．００１，Ｎｉ：１２．
５４，Ｃｒ：１８．３４，Ａｌ：０，Ｔｉ：０，残部Ｆ
ｅ。
【００２４】この試験片を、水素をバブリングさせ（水
素流量３０００L/hr、水温３０℃）露点２８℃とした水
分を含む湿水素ガスを流通させた加熱炉に設置し、１１
００℃で６０分間加熱し表面を酸化処理した。
素流量３０００L/hr、水温３０℃）露点２８℃とした水
分を含む湿水素ガスを流通させた加熱炉に設置し、１１
００℃で６０分間加熱し表面を酸化処理した。
【００２５】実施例の試験片の表面に形成した酸化被膜
は、厚さ約２．５μmで、引き掻き試験で十分な密着性
を持つものであることを確認した。また、形成酸化被膜
はＸ線分析の結果、Ｃｒ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，ＴｉＯ2など
の混合酸化物からなり、Ｆｅ2Ｏ3単体は認められなかっ
た。この試験片の強度はＨｖ２０００であった。なお、
酸化処理しない試験片の強度はＨｖ１５０であった。比
較例の試験片の酸化被膜はＣｒ2Ｏ3を主体とするもので
あった。
は、厚さ約２．５μmで、引き掻き試験で十分な密着性
を持つものであることを確認した。また、形成酸化被膜
はＸ線分析の結果、Ｃｒ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，ＴｉＯ2など
の混合酸化物からなり、Ｆｅ2Ｏ3単体は認められなかっ
た。この試験片の強度はＨｖ２０００であった。なお、
酸化処理しない試験片の強度はＨｖ１５０であった。比
較例の試験片の酸化被膜はＣｒ2Ｏ3を主体とするもので
あった。
【００２６】得られた夫々の試験片の電気抵抗を測定し
た結果。実施例の材料の試験片の電気抵抗は０．３〜
０．６Ω、比較例１は５〜１０ KΩ（酸化処理前：いず
れも０．２Ω）であった。測定はＬＣＲメーターにて試
験片の両端を挟持し測定した。
た結果。実施例の材料の試験片の電気抵抗は０．３〜
０．６Ω、比較例１は５〜１０ KΩ（酸化処理前：いず
れも０．２Ω）であった。測定はＬＣＲメーターにて試
験片の両端を挟持し測定した。
【００２７】次にこれら試験片の溶融炭酸塩に対する腐
食試験を行った。条件は次のとおりである。溶融炭酸
塩；Ｌｉ2ＣＯ3：Ｋ2ＣＯ3＝６２：３８（mol%）、塗布
炭酸塩量；５mg／cm2、試験雰囲気；ＣＯ2：Ｏ2＝６
７：３３（vol%）大気圧、試験温度；６５０℃。
食試験を行った。条件は次のとおりである。溶融炭酸
塩；Ｌｉ2ＣＯ3：Ｋ2ＣＯ3＝６２：３８（mol%）、塗布
炭酸塩量；５mg／cm2、試験雰囲気；ＣＯ2：Ｏ2＝６
７：３３（vol%）大気圧、試験温度；６５０℃。
【００２８】溶融炭酸塩を塗布した試験片（総表面積＝
４．４８cm2）は上記条件下に１００，２００，５００
時間夫々暴露しその重量変化（ΔＷ）を求めた結果、実
施例では０．６mg、比較例１では２．３mgであった。
尚、ΔＷ＝Ｗb−Ｗaで、Ｗaは試験後の試験片を蒸留水
で洗浄し恒量とした重量、Ｗbは試験前の試験片をアセ
トン脱脂し、蒸留水で洗浄し恒量とした重量である。
４．４８cm2）は上記条件下に１００，２００，５００
時間夫々暴露しその重量変化（ΔＷ）を求めた結果、実
施例では０．６mg、比較例１では２．３mgであった。
尚、ΔＷ＝Ｗb−Ｗaで、Ｗaは試験後の試験片を蒸留水
で洗浄し恒量とした重量、Ｗbは試験前の試験片をアセ
トン脱脂し、蒸留水で洗浄し恒量とした重量である。
【００２９】この試験結果から本発明の材料は、時間に
よる重量変化がほとんど認められず、溶融炭酸塩に対し
て十分な耐蝕性を示していることが判る。
よる重量変化がほとんど認められず、溶融炭酸塩に対し
て十分な耐蝕性を示していることが判る。
【００３０】更に、１００時間経過後の炭酸塩の組成変
化をＬｉ濃度を基に調べた結果、初期のＬｉ濃度６２mo
l%に対して、実施例の試験片では１００時間経過後でも
約６０mol%（Ｌｉmol%＋Ｋmol%＝100として算出）で、
初期濃度に対する変化割合は約３．２%で、炭酸塩の組
成変化は少ないことが判った。尚、比較例の試験片を同
様の条件で処理した結果、１００時間経過後で、比較例
１は約５２．５mol%、比較例２は約５４．５mol%であっ
た。
化をＬｉ濃度を基に調べた結果、初期のＬｉ濃度６２mo
l%に対して、実施例の試験片では１００時間経過後でも
約６０mol%（Ｌｉmol%＋Ｋmol%＝100として算出）で、
初期濃度に対する変化割合は約３．２%で、炭酸塩の組
成変化は少ないことが判った。尚、比較例の試験片を同
様の条件で処理した結果、１００時間経過後で、比較例
１は約５２．５mol%、比較例２は約５４．５mol%であっ
た。
【００３１】以上の結果は、本発明での材料が溶融炭酸
塩形燃料電池の金属部材として好適な材料となることを
示すものである。
塩形燃料電池の金属部材として好適な材料となることを
示すものである。
【００３２】
【発明の効果】本発明の製造方法は、導電性ならびに高
耐蝕性を持つ組成の酸化被膜を選択的に形成することが
でき、これにより表面に酸化被膜を形成した材料は、特
に高温度における耐蝕性に優れており溶融炭酸塩形燃料
電池用の金属部材として優れたものである。
耐蝕性を持つ組成の酸化被膜を選択的に形成することが
でき、これにより表面に酸化被膜を形成した材料は、特
に高温度における耐蝕性に優れており溶融炭酸塩形燃料
電池用の金属部材として優れたものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 義憲 大阪府池田市緑丘１丁目８番31号 工業 技術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者 柳田 昌宏 大阪府池田市緑丘１丁目８番31号 工業 技術院大阪工業技術研究所内 (72)発明者 平山 恒男 神奈川県藤沢市藤が岡２丁目19番４号 (72)発明者 飯田 伸一 茨城県水戸市元吉田1965−13 審査官 有田 恭子 (56)参考文献 特開 平７−233460（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−197206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−87759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−74063（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 8/10 - 8/18 H01M 8/02
Claims (3)
- 【請求項１】 炭素を０．１５質量％以下、珪素を０．
２〜３質量％、マンガンを２．５質量％以下、ニッケル
を０．２〜２０質量％、クロムを１５〜２５質量％、ア
ルミニウムを１．５〜５質量％、チタンを０．１〜３質
量％、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼を、酸素
成分が湿水素ガス中で９５０〜１２００℃において酸素
分圧９×１０ −２０ 〜６×１０ −１４ atmで含まれる雰
囲気で酸化することにより、少なくともクロム酸化物、
アルミ酸化物およびチタン酸化物を含む酸化被膜を形成
させ、導電性の耐蝕材料を製造するようにしたことを特
徴とする耐蝕材料の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の製造方法により得られ
たことを特徴とする導電性の耐蝕材料。 - 【請求項３】 請求項２に記載の導電性の耐蝕材料を用
いたことを特徴とする溶融炭酸塩形燃料電池用金属部
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27934797A JP3328703B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 耐蝕材料の製造方法、耐蝕材料および溶融炭酸塩形燃料電池用金属部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27934797A JP3328703B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 耐蝕材料の製造方法、耐蝕材料および溶融炭酸塩形燃料電池用金属部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11106892A JPH11106892A (ja) | 1999-04-20 |
| JP3328703B2 true JP3328703B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=17609912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27934797A Expired - Lifetime JP3328703B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 耐蝕材料の製造方法、耐蝕材料および溶融炭酸塩形燃料電池用金属部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3328703B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003026052A1 (fr) * | 2001-09-18 | 2003-03-27 | Furuya Metal Co., Ltd. | Plaque bipolaire pour pile a combustible et procede de production associe |
| US8377607B2 (en) | 2005-06-30 | 2013-02-19 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell contact element including a TiO2 layer and a conductive layer |
| US8603703B2 (en) * | 2006-07-26 | 2013-12-10 | GM Global Technology Operations LLC | Method for making super-hydrophilic and electrically conducting surfaces for fuel cell bipolar plates |
| JP6383003B2 (ja) * | 2014-11-06 | 2018-08-29 | 京セラ株式会社 | 導電部材、セルスタック装置、モジュール、モジュール収納装置および導電部材の製造方法 |
-
1997
- 1997-09-29 JP JP27934797A patent/JP3328703B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11106892A (ja) | 1999-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7407717B2 (en) | Protective coating for substrates that are subjected to high temperatures and method for producing said coating | |
| Toops et al. | Evaluation of nitrided titanium separator plates for proton exchange membrane electrolyzer cells | |
| US7829194B2 (en) | Iron-based alloy and nitridation treatment for PEM fuel cell bipolar plates | |
| JP2004520479A (ja) | 高温材料 | |
| Lee et al. | Corrosion behavior of pre-oxidized and thermally nitrided stainless steel for polymer electrolyte membrane fuel cell bipolar plates | |
| JP2010516024A (ja) | 固体酸化物燃料電池のための多層障壁構造体の製造方法 | |
| JP4402630B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用セパレータおよび燃料電池 | |
| KR101517631B1 (ko) | 페라이트계 스테인리스강 위에서의 전기적 저항층 형성을 감소시키는 방법 | |
| TWI261622B (en) | Oxidation resistant ferritic stainless steels | |
| Konysheva et al. | Influence of different perovskite interlayers on the electrical conductivity between La0. 65Sr0. 3MnO3 and Fe/Cr-based steels | |
| Grolig et al. | Effect of cerium on the electrical properties of a cobalt conversion coating for solid oxide fuel cell interconnects–a study using impedance spectroscopy | |
| Ebrahimifar et al. | Evaluation of the parabolic rate constant during different types of oxidation tests for spinel coated Fe–17% Cr alloy | |
| JP3328703B2 (ja) | 耐蝕材料の製造方法、耐蝕材料および溶融炭酸塩形燃料電池用金属部材 | |
| Chauvaut et al. | Study of cerium species in molten Li2CO3–Na2CO3 in the conditions used in molten carbonate fuel cells. Part I: Thermodynamic, chemical and surface properties | |
| JPH06146006A (ja) | フェライト系ステンレス鋼材とその製造法 | |
| JP2002075399A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータ | |
| Takizawa et al. | Corrosion-resistant Ni Cr Mo alloys in hot concentrated sulphuric acid with active carbon | |
| Alman et al. | The effect of cerium surface treated ferritic stainless steel current collectors on the performance of solid oxide fuel cells (SOFC) | |
| JPH04358044A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池セパレータ用高耐食鋼板 | |
| Ribotta et al. | Influence of bicarbonate ions on the stability of prepassive layers formed on copper in carbonate-bicarbonate buffers | |
| JPH10208759A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池用のセパレータ | |
| JP3534149B2 (ja) | 固体電解質酸素センサ | |
| KR100711798B1 (ko) | 고체산화물 연료전지 금속연결재용 Ｆｅ―Ｃｒ합금코팅방법 | |
| JP2932211B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池用耐食ステンレス鋼 | |
| Alman et al. | Surface modifications for oxidation resistance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080719 Year of fee payment: 6 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080719 Year of fee payment: 6 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |