JP5451469B2 - 燃料電池用インターコネクタの製造方法 - Google Patents
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Description
(b)金属コバルトが基材の合金へ拡散する反応
本発明に係るインターコネクタの製造方法の特徴構成は、ステンレス鋼を主成分とする基材に酸化コバルトを主成分とする被膜を形成してなる燃料電池用インターコネクタの製造方法であって、
(1)プレス成型したステンレス鋼からなる基材を、前記基材のプレス成型により生じた切断側面の表面粗さが、Ra1.2μm以下に平滑化されるまで電解研磨する研磨工程ののち、
(2)電解研磨された前記基材に金属コバルトをメッキするメッキ工程を行い、
(3)前記メッキ工程により形成されたメッキ層を酸化雰囲気下で酸化する酸化工程を行って、前記金属コバルトのメッキ層を酸化コバルトの被膜に変換する
点にある
つまり上記新知見によると、前記研磨工程によりプレス成型したステンレス鋼からなる基材を、前記基材のプレス成型により生じた切断側面の表面粗さ(緻密さ、研磨状態)
を改善することによって、前記基材の耐酸化性を向上することができる。ここで、荒れの改善のために電解研磨を行うから、簡易に、かつ、複雑形状の基材であっても、全面に渡って均一に基材表面の研磨ができることになり、表面が良好に研磨されたインターコネクタ用基材が得られる。
図1及び図2に示すSOFC用セルCは、酸化物イオン電導性の固体酸化物の緻密体からなる電解質膜30の一方面側に、酸化物イオン及び電子電導性の多孔体からなる空気極31を接合すると共に、同電解質膜30の他方面側に電子電導性の多孔体からなる燃料極32を接合してなる単セル3を備える。
更に、SOFC用セルCは、この単セル3を、空気極31又は燃料極32に対して電子の授受を行うと共に空気及び水素を供給するための溝2が形成された一対の電子電導性の合金又は酸化物からなるインターコネクタ1により、適宜外周縁部においてガスシール体を挟持した状態で挟み込んだ構造を有する。そして、空気極31側の上記溝2が、空気極31とインターコネクタ1とが密着配置されることで、空気極31に空気を供給するための空気流路2aとして機能し、一方、燃料極32側の上記溝2が、燃料極32とインターコネクタ1とが密着配置されることで、燃料極32に水素を供給するための燃料流路2bとして機能する。
このセルスタックにおいて、積層方向の両端部に配置されたインターコネクタ1は、燃料流路2b又は空気流路2aの一方のみが形成されるものであればよく、その他の中間に配置されたインターコネクタ1は、一方の面に燃料流路2bが形成され他方の面に空気流路2aが形成されるものを利用することができる。
このようなセルスタックの構造を有するSOFCを一般的に平板型SOFCと呼ぶ。本実施形態では、一例として平板型SOFCについて説明するが、本願発明は、その他の構造のSOFCについても適用可能である。
そして、このように空気極31のクロム被毒が発生すると、作動時において、空気極31と電解質膜30との界面や電極内部で起こるO2 -の生成のための酸素の還元反応が阻害されてしまい、更には、このクロム成分が空気極31にドープされているSrやCaなどを奪ってSrCr2O4、SrCrO4やCaCr2O4、CaCrO4などの高抵抗化合物が形成され、また、SrやCaが無くなることによる空気極31自身の電気抵抗が増加することで、SOFCの性能低下を招く場合がある。また、合金等に含有されているクロム成分量が減少し(クロム枯れ)、合金等自体の耐熱性が低下する場合もある。
(1)プレス成型したステンレス鋼からなる基材を、前記基材のプレス成型により生じた切断側面の表面粗さが、Ra1.2μm以下に平滑化されるまで電解研磨する研磨工程
(2)電解研磨された前記基材に金属コバルトをメッキするメッキ工程
(3)前記メッキ工程により形成されたメッキ層を酸化雰囲気下で酸化して、前記金属コバルトのメッキ層を酸化コバルトの被膜に変換する酸化工程
を順に行うことにより形成する。
インターコネクタの基材としてクロム鋼を用いプレス加工により所定形状のインターコネクタ用基材とした。この基材の圧延面の表面粗さは、Ra0.2μm、切断側面の表面粗さはRa2.7μmであった。
次に、研磨工程を経た基材にコバルトメッキをする。比較として、前記研磨工程を行っていない基材に対してもコバルトメッキを行った(比較例1)。メッキは、前記基材の表面に、圧延面、側面ともに2μmのコバルトのメッキ層が形成されるまで電気メッキを行った。
前記めっき工程により形成されたメッキ層を種々の酸化条件で酸化工程を行った。比較として酸化工程を行わなかったものも用意した(比較例2)。以下に酸化条件を示す。
実施例1 500℃ 48時間
実施例2 800℃ 2時間
実施例3 1000℃ 2時間
比較例1 800℃ 2時間(電解研磨なし)
比較例2 酸化工程なし
雰囲気 大気雰囲気中
加熱温度 900℃
電流 0.3A/cm2の直流電流
時間 285時間保持
コバルト電気メッキを5μm施した後、800℃×2hr酸化工程を行った。
外観写真を図9に示す。このように、メッキ層の剥がれが見られた。
実施例4
コバルト電気メッキを2μm施した後、800℃×2hr酸化工程を行った。
外観写真を図10に示す。外観上、メッキ層の剥がれは見られず、良好であった。
1a:境界面
2a:空気流路
2:溝
2b:燃料流路
3:単セル
30:電解質膜
31:空気極
32:燃料極
C:SOFC用セル(固体酸化物形燃料電池用セル)
Claims (3)
- ステンレス鋼を主成分とする基材に酸化コバルトを主成分とする被膜を形成してなる燃料電池用インターコネクタの製造方法であって、
プレス成型したステンレス鋼からなる基材を、前記基材のプレス成型により生じた切断側面の表面粗さが、Ra1.2μm以下に平滑化されるまで電解研磨する研磨工程ののち、
電解研磨された前記基材に金属コバルトをメッキするメッキ工程を行い、
前記メッキ工程により形成されたメッキ層を酸化雰囲気下で酸化する酸化工程を行って、前記金属コバルトのメッキ層を酸化コバルトの被膜に変換する
燃料電池用インターコネクタの製造方法。 - 前記金属コバルトのメッキ層の厚さが0.5μm以上5.0μm以下である請求項1に記載の燃料電池用インターコネクタの製造方法。
- 前記酸化工程が、大気中500℃以上1000℃以下で1時間以上50時間以下熱処理を行うものである請求項1または2に記載の燃料電池用インターコネクタの製造方法。
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