JP5878588B2 - 固体酸化物燃料電池のための相互接続及び固体酸化物燃料電池と共に使用するために適合させたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents
固体酸化物燃料電池のための相互接続及び固体酸化物燃料電池と共に使用するために適合させたフェライト系ステンレス鋼 Download PDFInfo
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Description
本出願は、本明細書において参考のために特に引用する2005年6月15日に出願された"Interconnect for Solid Oxide Fuel Cells and Ferritic Stainless Steels Adapted for Use as Interconnects for Solid Oxide Fuel Cells"と称する米国仮出願第60/690,671号の恩典を請求する。
本明細書において開示する様々な非限定具体例は、重量%で、0〜0.1未満のアルミニウム、0〜0.1未満のケイ素、21〜35のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0〜1のモリブデン、0〜0.5のニッケル、0〜0.05のランタン、0〜0.1のセリウム、0〜0.1のジルコニウム、0〜0.5のチタン、0〜0.1のタンタル、0〜0.2のニオブ、鉄及び不純物を含むフェライト系ステンレス鋼に関する。
0.4重量%≦[%Nb+%Ti+1/2(%Ta)]≦1重量%、
を満たすような量のチタン、タンタル及びニオブのうちの少なくとも1つ、鉄並びに不純物を含むフェライト系ステンレス鋼に関する。
相互接続が、相互接続の酸化剤側の表面のニッケル基超耐熱合金層を含まない場合、前述の式を簡略化して、この構成要素に関連した項を無くすことができることは了解できよう。
2つのフェライト系ステンレス鋼の各々の3つの試料を得て、次の通り試験した。3つのフェライト系ステンレス鋼試料の第1の組は、AL 453TM合金(合金の名目組成は上記の表Iに述べた)の試料だった。こうした3つの試料を、下記に検討するように、試験する前に、電解研磨した。3つのフェライト系ステンレス鋼試料の第2の組は、E−ブライト(登録商標)合金(合金の名目組成は上記の表Iに述べた)の試料であり、電解研磨無しで試験した。
AL 453TM合金(合金の名目組成は上記の表Iに述べた)の試料を、上記の実施例1に説明したように電解研磨した。その後、電解研磨された表面の部分を、ダイヤモンドのチップを付けたスタイラスを使用して機械的に摩削した。試料を次に炉中に置き、875℃で72時間、空気下で加熱して、酸化物スケールを試料の表面に形成させた。
[発明の態様]
[1]
ガス不浸透性本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、前記ガス不浸透性本体は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、
(a)バイア及びガス流チャネルを含む燃料側と、
(b)前記燃料側と向かい合う酸化剤側とを含み、該酸化剤側はバイア及びガス流チャネルを含む、相互接続において;
前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料は、前記本体の前記燃料側の表面の前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、相互接続。
[2]
前記相互接続は平均熱膨張率17ppm/K以下を有する、1に記載の相互接続。
[3]
前記フェライト系ステンレス鋼は、18〜35重量%のクロム、1を超える〜最高2重量%までのマンガン、及び酸化クロムの抵抗率を超える抵抗率を有する本質的に連続な酸化物を形成する0.3重量%未満の合金元素を含む、1に記載の相互接続。
[4]
前記フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、0〜0.1未満のアルミニウム、0〜0.1未満のケイ素、21〜35のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0〜1のモリブデン、0〜0.5のニッケル、0〜0.05のランタン、0〜0.1のセリウム、0〜0.1のジルコニウム、0〜0.5のチタン、0〜0.1のタンタル、0〜0.2のニオブ、鉄及び不純物を含む、1に記載の相互接続。
[5]
前記フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、0〜0.05のアルミニウム、0〜0.05のケイ素、21〜24のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0〜1のモリブデン、0〜0.3のニッケル、0.02〜0.04のランタン、0〜0.1のジルコニウム、0〜0.1のチタン、0〜0.1のタンタル、0〜0.1のニオブ、セリウム、鉄及び不純物を含み、セリウムの重量%及びランタンの重量%の和は0.03〜0.06の範囲にわたる、1に記載の相互接続。
[6]
前記フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、0〜0.05のアルミニウム、0〜0.05のケイ素、23〜27のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0〜1のモリブデン、0〜0.3のニッケル、0〜0.05のランタン、0〜0.1のセリウム、0〜0.1のジルコニウム、0〜0.5のチタン、0〜0.1のタンタル、0.05〜0.2のニオブ、鉄及び不純物を含む、1に記載の相互接続。
[7]
前記フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、0〜0.05のアルミニウム、0〜0.05のケイ素、23〜27のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0.75〜1のモリブデン、0〜0.3のニッケル、0〜0.05のランタン、0〜0.1のセリウム、0〜0.05のジルコニウム、チタン、タンタル及びニオブの量は、式:
0.4重量%≦[%Nb+%Ti+1/2(%Ta)]≦1重量%、
を満たすような量のチタン、タンタル及びニオブのうちの少なくとも1つ、鉄並びに不純物を含む、1に記載の相互接続。
[8]
前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である、1に記載の相互接続。
[9]
前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも一部分は電解研磨される、1に記載の相互接続。
[10]
ニッケル基超耐熱合金の層は、前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも一部分に接続される、1に記載の相互接続。
[11]
1に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
[12]
複合体本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、前記複合体本体は:
(a)フェライト系ステンレス鋼から形成された酸化剤側と;
(b)前記酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、該燃料側は、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成される、相互接続。
[13]
前記フェライト系ステンレス鋼は、18〜35重量%のクロム、1を超える〜最高2重量%までのマンガン、及び酸化クロムの抵抗率を超える抵抗率を有する本質的に連続な酸化物を形成する0.3重量%未満の合金元素を含む、12に記載の相互接続。
[14]
前記フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、0〜0.1未満のアルミニウム、0〜0.1未満のケイ素、21〜35のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0〜1のモリブデン、0〜0.5のニッケル、0〜0.05のランタン、0〜0.1のセリウム、0〜0.1のジルコニウム、0〜0.5のチタン、0〜0.1のタンタル、0〜0.2のニオブ、鉄及び不純物を含む、12に記載の相互接続。
[15]
前記フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、0〜0.05のアルミニウム、0〜0.05のケイ素、21〜24のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0〜1のモリブデン、0〜0.3のニッケル、0.02〜0.04のランタン、0〜0.1のジルコニウム、0〜0.1のチタン、0〜0.1のタンタル、0〜0.1のニオブ、セリウム、鉄及び不純物を含み、セリウムの重量%及びランタンの重量%の和は0.03〜0.06の範囲にわたる、12に記載の相互接続。
[16]
前記フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、0〜0.05のアルミニウム、0〜0.05のケイ素、23〜27のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0〜1のモリブデン、0〜0.3のニッケル、0〜0.05のランタン、0〜0.1のセリウム、0〜0.1のジルコニウム、0〜0.5のチタン、0〜0.1のタンタル、0.05〜0.2のニオブ、鉄及び不純物を含む、12に記載の相互接続。
[17]
前記フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、0〜0.05のアルミニウム、0〜0.05のケイ素、23〜27のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0.75〜1のモリブデン、0〜0.3のニッケル、0〜0.05のランタン、0〜0.1のセリウム、0〜0.05のジルコニウム、チタン、タンタル及びニオブの量は、式:
0.4重量%≦[%Nb+%Ti+1/2(%Ta)]≦1重量%、
を満たすような量のチタン、タンタル及びニオブのうちの少なくとも1つ、鉄並びに不純物を含む、12に記載の相互接続。
[18]
前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である、12に記載の相互接続。
[19]
前記複合体本体の前記酸化剤側の少なくとも一部分は電解研磨される、12に記載の相互接続。
[20]
ニッケル基超耐熱合金の層は、前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも一部分に接続される、12に記載の相互接続。
[21]
12に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
[22]
フェライト系ステンレス鋼から形成され、
(a)燃料側と、
(b)前記燃料側と向かい合う酸化剤側とを含む本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続において、
前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料は、前記本体の前記燃料側の表面の前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続され、ニッケル基超耐熱合金は、前記本体の前記酸化剤側の表面の前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、相互接続。
[23]
前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である、22に記載の相互接続。
[24]
複合体本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、前記複合体本体は:
(a)フェライト系ステンレス鋼から形成された酸化剤側と、
(b)前記酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、該燃料側は、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成される、相互接続において、
ニッケル基超耐熱合金は、前記相互接続の前記酸化剤側の表面の前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、相互接続。
[25]
前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である、24に記載の相互接続。
[26]
(a)金属材料をフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続し、前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと;
(b)前記フェライト系ステンレス鋼から相互接続を形成することと;を含む、相互接続の製造方法。
[27]
前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分は、前記金属材料を接続する前に電解研磨される、26に記載の方法。
[28]
前記金属材料を前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続することは、めっき、クラッディング、留めること、及び接合のうちの少なくとも1つを含む、26に記載の方法。
[29]
前記金属材料を前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続することは、前記金属材料を前記ステンレス鋼の表面の少なくとも一部分にめっきすること及び前記金属材料を前記ステンレス鋼の表面の少なくとも一部分にクラッディングすることのうちの少なくとも1つを含む、26に記載の方法。
[30]
前記相互接続を形成することは、鍛造、打抜き、圧印加工、及び機械加工のうちの少なくとも1つを含む、26に記載の方法。
[31]
前記フェライト系ステンレス鋼から前記相互接続を形成することは、前記金属材料を前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分と接続する前に行われる、26に記載の方法。
[32]
前記フェライト系ステンレス鋼から前記相互接続を形成することは、前記金属材料を前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分と接続することと本質的に同時に行われる、26に記載の方法。
[33]
前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分は、前記フェライト系ステンレス鋼から前記相互接続を形成する前に電解研磨される、26に記載の方法。
[34]
前記相互接続を形成した後に、前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分を電解研磨することをさらに含む、26に記載の方法。
[35]
前記フェライト系ステンレス鋼は、第1の側及び該第1の側と向かい合う第2の側を有し、前記相互接続を形成する前に、前記金属材料は、前記フェライト系ステンレス鋼の前記第1の側に接続され、ニッケル基超耐熱合金は、前記フェライト系ステンレス鋼の前記第2の側に接続される、26に記載の方法。
[36]
(a)金属材料をフェライト系ステンレス鋼シート材料の少なくとも一部分の表面にクラッディングし、前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと;
(b)クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成することと;を含む、相互接続の製造方法。
[37]
前記クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から前記相互接続を形成する前に、前記クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料は処理されて完成ゲージにされる、36に記載の方法。
[38]
前記クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から前記相互接続を形成する前に、前記フェライト系ステンレス鋼シート材料の少なくとも一部分は電解研磨される、36に記載の方法。
[39]
前記クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から前記相互接続を形成した後に、前記フェライト系ステンレス鋼シート材料の少なくとも一部分は電解研磨される、36に記載の方法。
[40]
前記フェライト系ステンレス鋼シート材料は、第1の側及び該第1の側と向かい合う第2の側を有し、前記相互接続を形成する前に、前記金属材料は、フェライト系ステンレス鋼の第1の側にクラッディングされ、ニッケル基超耐熱合金は、前記フェライト系ステンレス鋼の第2の側にクラッディングされる、36に記載の方法。
[41]
(a)フェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成することと;(b)金属材料を前記相互接続の少なくとも1つの表面の少なくとも一部分にめっきすることと;を含み、前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である、相互接続の製造方法。
[42]
前記相互接続を形成する前に、前記フェライト系ステンレス鋼シート材料の少なくとも一部分は電解研磨される、41に記載の方法。
[43]
前記相互接続を形成した後に、フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分を電解研磨することをさらに含む、41に記載の方法。
[44]
前記相互接続を形成する前に、ニッケル基超耐熱合金の層は前記フェライト系ステンレス鋼にクラッディングされ、前記相互接続を形成した後に、前記相互接続は、前記ニッケル基超耐熱合金を含む第1の側及び該第1の側と向かい合う第2の側を有し、前記金属材料は、前記相互接続の前記第2の側の表面にめっきされる、41に記載の方法。
[45]
(a)少なくとも650℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも1つのバイアと、
(b)少なくとも650℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも1つのガス流チャネルとを含み、前記アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、
該相互接続は、0.2〜4重量%のマンガン、0.3〜1重量%のアルミニウム、及び少なくとも1つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、該フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも0.03重量%の希土類元素を含む、相互接続。
[46]
前記少なくとも1つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨される、45に記載の相互接続。
[47]
前記少なくとも1つのガス流チャネルの前記表面の前記少なくとも一部分は選択的に電解研磨される、46に記載の相互接続。
[48]
少なくとも650℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも1つの表面を有するシーリングフランジングをさらに含む、45に記載の相互接続。
[49]
45に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
[50]
(a)表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを含む少なくとも1つのバイアと、
(b)表面の少なくとも一部分に鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有するアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを含む少なくとも1つのガス流チャネルとを含み、前記アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは厚さ5ミクロン未満を有する、固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、
該相互接続は、0.2〜4重量%のマンガン、0.3〜1重量%のアルミニウム、及び少なくとも1つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、該フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも0.03重量%の希土類元素を含む、相互接続。
[51]
マンガン−クロメートスピネルを含む前記スケールは、厚さ10ミクロン未満を有する、50に記載の相互接続。
[52]
前記少なくとも1つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨される、50に記載の相互接続。
[53]
前記少なくとも1つのガス流チャネルの前記表面の前記少なくとも一部分は選択的に電解研磨される、52に記載の相互接続。
[54]
表面の少なくとも一部分に、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有するアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを含むシーリングフランジをさらに含む、50に記載の相互接続。
[55]
50に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
[56]
(a)少なくとも650℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも1つのバイアと、
(b)少なくとも1つの電解研磨された表面を含む少なくとも1つのガス流チャネルとを含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、
該相互接続は、フェライト系ステンレス鋼から形成される、相互接続。
[57]
前記少なくとも1つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は選択的に電解研磨される、56に記載の相互接続。
[58]
56に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
[59]
(a)燃料側と;
(b)前記燃料側と向かい合う酸化剤側とを含み、該酸化剤側は、
(1)少なくとも650℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも1つのバイアと、
(2)少なくとも650℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも1つのガス流チャネルとを含み、前記アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、固体酸化物燃料電池のための相互接続において、
該相互接続の前記酸化剤側は、0.2〜4のマンガン、0.3〜1重量%のアルミニウム、及び少なくとも1つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、該フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも0.03重量%の希土類元素を含む、相互接続。
[60]
前記燃料側は:
(1)少なくとも650℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも1つのバイアと、
(2)少なくとも650℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも1つのガス流チャネルとを含み、前記アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有し、
前記相互接続の前記燃料側は、0.2〜4重量%のマンガン、0.3〜1重量%のアルミニウム、及び少なくとも1つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、該フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも0.03重量%の希土類元素を含む、59に記載の相互接続。
[61]
前記燃料側の前記ガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨される、60に記載の相互接続。
[62]
前記燃料側の前記ガス流チャネルの表面の前記少なくとも一部分は選択的に電解研磨される、61に記載の相互接続。
[63]
前記燃料側は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、該フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続された前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む層を含む、59に記載の相互接続。
[64]
前記燃料側は、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成される、59に記載の相互接続。
[65]
前記燃料側は、前記酸化剤側を形成する前記フェライト系ステンレス鋼と異なるフェライト系ステンレス鋼から形成される、59に記載の相互接続。
[66]
前記酸化剤側の前記少なくとも1つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨される、59に記載の相互接続。
[67]
前記酸化剤側の前記ガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は選択的に電解研磨される、66に記載の相互接続。
[68]
59に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
[69]
固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、該相互接続は、
(a)フェライト系ステンレス鋼から形成され、
(1)少なくとも1つのバイアと、
(2)少なくとも650℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも1つの表面を含む少なくとも1つのガス流チャネルとを含み、前記アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、酸化剤側と;
(b)前記酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、該燃料側は、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む、相互接続。
[70]
前記酸化剤側の前記少なくとも1つのバイアは、少なくとも650℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分に酸化クロム及びマンガン−クロメートスピネルのうちの少なくとも1つを含むスケールを成長させる、69に記載の相互接続。
[71]
前記酸化剤側は、0.2〜4のマンガン、0.3〜1重量%のアルミニウム、及び少なくとも1つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、該フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも0.03重量%の希土類元素を含む、70に記載の相互接続。
[72]
前記相互接続の前記酸化剤側の前記少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分は電解研磨される、69に記載の相互接続。
[73]
前記相互接続の前記酸化剤側の前記少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分は選択的に電解研磨される、72に記載の相互接続。
[74]
前記燃料側は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する前記金属材料は、前記燃料側の前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、69に記載の相互接続。
[75]
前記燃料側の前記フェライト系ステンレス鋼は、前記酸化剤側の前記フェライト系ステンレス鋼と異なる、74に記載の相互接続。
[76]
前記燃料側は、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する前記金属材料から形成される、69に記載の相互接続。
[77]
前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である、69に記載の相互接続。
[78]
69に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
[79]
固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、該相互接続は、
(a)フェライト系ステンレス鋼から形成され、
(1)表面の少なくとも一部分に酸化クロム及びマンガン−クロメートスピネルのうちの少なくとも1つを含むスケールを含む少なくとも1つのバイアと、
(2)表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを含む少なくとも1つのガス流チャネルとを含み、前記アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、酸化剤側と;
(b)前記酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、該燃料側は、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む、相互接続。
[80]
79に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
[81]
(a)フェライト系ステンレス鋼から相互接続を形成し、該相互接続は、燃料側及び該燃料側と向かい合う酸化剤側を有し、該酸化剤側及び燃料側の各々は、バイア及びガス流チャネルを含むことと;
(b)前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分を選択的に電解研磨することと;を含む、相互接続の製造方法。
[82]
前記相互接続の前記燃料側の少なくとも一部分の表面に金属材料をめっきまたはクラッディングすることをさらに含み、前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である、81に記載の方法。
[83]
前記相互接続の前記燃料側の少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分を電解研磨することをさらに含む、81に記載の方法。
[84]
(a)フェライト系ステンレス鋼から相互接続を形成し、該相互接続は、バイア及びガス流チャネルを含むことと;
(b)前記相互接続の少なくとも酸化剤側を電解研磨することと;
(c)前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのバイアの少なくとも1つの電解研磨された表面から材料を物理的にまたは化学的に除去することと;を含む、相互接続の製造方法。
[85]
少なくとも1つのバイアの少なくとも1つの表面から材料を物理的にまたは化学的に除去することは、機械的に研磨すること、研削すること、エッチングすること及びミリングすることのうちの少なくとも1つを含む、84に記載の方法。
[86]
前記相互接続の燃料側の少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分を電解研磨することをさらに含む、84に記載の方法。
[87]
(a)金属材料をフェライト系ステンレス鋼シート材料の表面の少なくとも一部分に接続し、前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと;
(b)前記フェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成し、該相互接続は、フェライト系ステンレス鋼を含む酸化剤側、及び前記金属材料を含み、前記酸化剤側と向かい合う燃料側を有し、前記相互接続の前記酸化剤側及び前記燃料側の各々は、バイア及びガス流チャネルを含むことと;
(c)前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分を電解研磨することと;を含む、相互接続の製造方法。
[88]
電解研磨することは、前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分を選択的に電解研磨することを含む、87に記載の方法。
[89]
前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分を電解研磨することは、前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのバイアの表面の少なくとも一部分を電解研磨することをさらに含み、電解研磨に続いて、材料は、前記少なくとも1つのバイアの前記表面の電解研磨された部分から物理的にまたは化学的に除去される、87に記載の方法。
[90]
(a)フェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成し、該相互接続は、酸化剤側及び該酸化剤側と向かい合う燃料側を有し、前記相互接続の前記酸化剤側及び前記燃料側の各々は、バイア及びガス流チャネルを含むことと;
(b)前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分を電解研磨することと;
(c)金属材料を前記相互接続の前記燃料側の表面の少なくとも一部分に接続し、前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと:を含む、相互接続の製造方法。
[91]
電解研磨することは、前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分を選択的に電解研磨することを含む、90に記載の方法。
[92]
前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルの少なくとも一部分を電解研磨することは、前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのバイアの表面の少なくとも一部分を電解研磨することをさらに含み、電解研磨に続いて、材料は、前記少なくとも1つのバイアの前記表面の電解研磨された部分から物理的にまたは化学的に除去される、90に記載の方法。
[93]
金属材料を前記相互接続の前記燃料側の表面の少なくとも一部分に接続することは、電解研磨の前に行われる、90に記載の方法。
[94]
重量%で、0〜0.1未満のアルミニウム、0〜0.1未満のケイ素、21〜35のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0〜1のモリブデン、0〜0.5のニッケル、0〜0.05のランタン、0〜0.1のセリウム、0〜0.1のジルコニウム、0〜0.5のチタン、0〜0.1のタンタル、0〜0.2のニオブ、鉄及び不純物を含むフェライト系ステンレス鋼。
[95]
前記フェライト系ステンレス鋼は:
0〜0.05重量%のアルミニウムと、
0〜0.05重量%のケイ素と、を含む、94に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[96]
前記フェライト系ステンレス鋼は:
0.005〜0.05重量%のアルミニウムと、
0.005〜0.05重量%のケイ素と、を含む、94に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[97]
前記フェライト系ステンレス鋼は1.5〜2.0重量%のマンガンを含む、94に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[98]
前記フェライト系ステンレス鋼は1.6〜2.0重量%のマンガンを含む、94に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[99]
前記フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、0〜0.05のアルミニウム、0〜0.05のケイ素、21〜24のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0〜1のモリブデン、0〜0.3のニッケル、0.02〜0.04のランタン、0〜0.1のジルコニウム、0〜0.1のチタン、0〜0.1のタンタル、0〜0.1のニオブ、セリウム、鉄及び不純物を含み、セリウムの重量%及びランタンの重量%の和は0.03〜0.06の範囲にわたる、94に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[100]
前記フェライト系ステンレス鋼は:
0.005〜0.05重量%のアルミニウムと、
0.005〜0.05重量%のケイ素と、を含む、99に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[101]
マンガンは1.5〜2重量%の範囲にわたる、99に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[102]
マンガンは1.6〜2重量%の範囲にわたる、99に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[103]
前記フェライト系ステンレス鋼は、重量%で、0〜0.05のアルミニウム、0〜0.05のケイ素、23〜27のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0〜1のモリブデン、0〜0.3のニッケル、0〜0.05のランタン、0〜0.1のセリウム、0〜0.1のジルコニウム、0〜0.5のチタン、0〜0.1のタンタル、0.05〜0.2のニオブ、鉄及び不純物を含む、94に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[104]
前記フェライト系ステンレス鋼は:
0.005〜0.05重量%のアルミニウムと、
0.005〜0.05重量%のケイ素と、を含む、103に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[105]
マンガンは1.5〜2重量%の範囲にわたる、103に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[106]
マンガンは1.6〜2重量%の範囲にわたる、103に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[107]
前記フェライト系ステンレス鋼は、銀、酸化カルシウム、及びチタンを本質的に含まない、94に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[108]
94に記載のフェライト系ステンレス鋼を含む相互接続。
[109]
重量%で、0〜0.05のアルミニウム、0〜0.05のケイ素、23〜27のクロム、1を超える〜2のマンガン、0.002〜0.1の炭素、0〜0.04の窒素、0.75〜1のモリブデン、0〜0.3のニッケル、0〜0.05のランタン、0〜0.1のセリウム、0〜0.05のジルコニウム、チタン、タンタル及びニオブの量は、式:
0.4重量%≦[%Nb+%Ti+1/2(%Ta)]≦1重量%、
を満たすような量のチタン、タンタル及びニオブのうちの少なくとも1つ、鉄並びに不純物を含むフェライト系ステンレス鋼。
[110]
前記フェライト系ステンレス鋼は:
0.005〜0.05重量%のアルミニウムと、
0.005〜0.05重量%のケイ素と、を含む、109に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[111]
マンガンは1.5〜2重量%の範囲にわたる、109に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[112]
マンガンは1.6〜2重量%の範囲にわたる、109に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[113]
前記フェライト系ステンレス鋼は0.5重量%以下のチタンを含む、109に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[114]
チタン、タンタル及びニオブの前記量は、式:
0.5重量%≦[%Nb+%Ti+1/2(%Ta)]≦1重量%
を満たす、109に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[115]
前記フェライト系ステンレス鋼は、銀、酸化カルシウム、及びチタンを本質的に含まない、109に記載のフェライト系ステンレス鋼。
[116]
109に記載のフェライト系ステンレス鋼を含む相互接続。
Claims (32)
- (a)金属材料をフェライト系ステンレス鋼シートの1つの側に接続すること、ここで前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である;
(b)前記金属材料と向かい合う、前記フェライト系ステンレス鋼シートの側を選択的に電解研磨すること;および
(c)前記フェライト系ステンレス鋼から固体酸化物燃料電池のための相互接続を形成すること、ここで前記金属材料は前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の燃料側に接続されており、そして酸化剤側の少なくとも1つのバイアの表面は電解研磨されていないか、またはバイア表面から電解研磨の影響が除去されている;
を含む、固体酸化物燃料電池のための相互接続の製造方法。 - 前記フェライト系ステンレス鋼は、前記金属材料を接続する前に電解研磨される、請求項1に記載の方法。
- 前記金属材料を前記フェライト系ステンレス鋼に接続することは、めっき、クラッディング、留めること、及び接合のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記金属材料を前記フェライト系ステンレス鋼に接続することは、前記金属材料を前記ステンレス鋼の表面にめっきすること及び前記金属材料を前記ステンレス鋼の表面にクラッディングすることのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記相互接続を形成することは、鍛造、打抜き、圧印加工、及び機械加工のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フェライト系ステンレス鋼から前記相互接続を形成することは、前記金属材料を前記フェライト系ステンレス鋼と接続する前に行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記フェライト系ステンレス鋼から前記相互接続を形成することは、前記金属材料を前記フェライト系ステンレス鋼と接続することと本質的に同時に行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記フェライト系ステンレス鋼は、前記フェライト系ステンレス鋼から前記相互接続を形成する前に電解研磨される、請求項1に記載の方法。
- 前記相互接続を形成した後に、前記フェライト系ステンレス鋼を電解研磨することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フェライト系ステンレス鋼は、第1の側及び該第1の側と向かい合う第2の側を有し、前記相互接続を形成する前に、前記金属材料は、前記フェライト系ステンレス鋼の前記第1の側に接続され、ニッケル基超耐熱合金は、前記フェライト系ステンレス鋼の前記第2の側に接続される、請求項1に記載の方法。
- (a)金属材料をフェライト系ステンレス鋼シート材料にクラッディングすること、ここで前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である;
(b)クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から固体酸化物燃料電池のための相互接続を形成すること、ここで前記金属材料は前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の燃料側に接続されている;および
(c)前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルを選択的に電解研磨すること、ここで酸化剤側の少なくとも1つのバイアの表面は電解研磨されていないか、またはバイア表面から電解研磨の影響が除去されている;
を含む、固体酸化物燃料電池のための相互接続の製造方法。 - 前記クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から前記相互接続を形成する前に、前記クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料は処理されて完成厚さにされる、請求項11に記載の方法。
- 前記クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から前記相互接続を形成する前に、前記フェライト系ステンレス鋼シート材料は電解研磨される、請求項11に記載の方法。
- 前記クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から前記相互接続を形成した後に、前記フェライト系ステンレス鋼シート材料は電解研磨される、請求項11に記載の方法。
- 前記フェライト系ステンレス鋼シート材料は、第1の側及び該第1の側と向かい合う第2の側を有し、前記相互接続を形成する前に、前記金属材料は、フェライト系ステンレス鋼の第1の側にクラッディングされ、ニッケル基超耐熱合金は、前記フェライト系ステンレス鋼の第2の側にクラッディングされる、請求項11に記載の方法。
- (a)フェライト系ステンレス鋼シート材料から固体酸化物燃料電池のための相互接続を形成すること;
(b)前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルを選択的に電解研磨すること、ここで酸化剤側の少なくとも1つのバイアの表面は電解研磨されていないか、またはバイア表面から電解研磨の影響が除去されている;
(c)金属材料を前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の燃料側表面にめっきすること、ここで前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である;
を含む、固体酸化物燃料電池のための相互接続の製造方法。 - 前記相互接続を形成する前に、前記フェライト系ステンレス鋼シート材料は電解研磨される、請求項16に記載の方法。
- 前記相互接続を形成した後に、フェライト系ステンレス鋼を電解研磨することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記相互接続を形成する前に、ニッケル基超耐熱合金の層は前記フェライト系ステンレス鋼にクラッディングされ、前記相互接続を形成した後に、前記相互接続は、前記ニッケル基超耐熱合金を含む第1の側及び該第1の側と向かい合う第2の側を有し、前記金属材料は、前記相互接続の前記第2の側の表面にめっきされる、請求項16に記載の方法。
- (a)フェライト系ステンレス鋼から固体酸化物燃料電池のための相互接続を形成すること、ここで前記固体酸化物燃料電池のための相互接続は、燃料側及び該燃料側と向かい合う酸化剤側を有し、前記酸化剤側及び燃料側の各々は、少なくとも1つのバイア及び少なくとも1つのガス流チャネルを含む;および
(b)前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルを選択的に電解研磨すること、ここで酸化剤側の少なくとも1つのバイアの表面は電解研磨されていないか、またはバイア表面から電解研磨の影響が除去されている;
を含む、固体酸化物燃料電池のための相互接続の製造方法。 - 前記相互接続の前記燃料側に金属材料をめっきまたはクラッディングすることをさらに含み、前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である、請求項20に記載の方法。
- 前記相互接続の前記燃料側の1つのガス流チャネルを電解研磨することをさらに含む、請求項20に記載の方法。
- (a)フェライト系ステンレス鋼から固体酸化物燃料電池のための相互接続を形成すること、ここで該固体酸化物燃料電池のための相互接続は、少なくとも1つのバイア及び少なくとも1つのガス流チャネルを含む;
(b)前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の酸化剤側を電解研磨すること;および
(c)前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の前記酸化剤側のバイアの電解研磨された表面から材料を物理的にまたは化学的に除去すること、ただしガス流チャネルの電解研磨された表面からは材料を除去しない;
を含む、固体酸化物燃料電池のための相互接続の製造方法。 - 1つのバイアの1つの表面から材料を物理的にまたは化学的に除去することは、機械的に研磨すること、研削すること、エッチングすること及びミリングすることのうちの少なくとも1つを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記相互接続の燃料側の1つのガス流チャネル一部分を電解研磨することをさらに含む、請求項23に記載の方法。
- (a)金属材料をフェライト系ステンレス鋼シート材料の表面に接続すること、ここで前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である;
(b)前記フェライト系ステンレス鋼シート材料から固体酸化物燃料電池のための相互接続を形成すること、ここで該固体酸化物燃料電池のための相互接続は、フェライト系ステンレス鋼を含む酸化剤側、及び前記金属材料を含み、かつ前記酸化剤側と向かい合う燃料側を有し、前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の前記酸化剤側及び前記燃料側の各々は、少なくとも1つのバイア及び少なくとも1つのガス流チャネルを含む;および
(c)前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルを選択的に電解研磨すること、ここで酸化剤側の少なくとも1つのバイアの表面は電解研磨されていないか、またはバイア表面から電解研磨の影響が除去されている;
を含む、固体酸化物燃料電池のための相互接続の製造方法。 - 電解研磨することは、前記相互接続の前記酸化剤側の1つのガス流チャネルを選択的に電解研磨することを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記相互接続の前記酸化剤側の1つのガス流チャネルを電解研磨することは、前記相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのバイアを電解研磨することをさらに含み、ここで電解研磨に続いて、材料は、電解研磨されたバイアから物理的にまたは化学的に除去される、請求項27に記載の方法。
- (a)フェライト系ステンレス鋼シート材料から固体酸化物燃料電池のための相互接続を形成すること、ここで該固体酸化物燃料電池のための相互接続は、酸化剤側及び該酸化剤側と向かい合う燃料側を有し、前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の前記酸化剤側及び前記燃料側の各々は、少なくとも1つのバイア及び少なくとも1つのガス流チャネルを含むことと;
(b)前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の前記酸化剤側の少なくとも1つのガス流チャネルを選択的に電解研磨すること、ここで酸化剤側の少なくとも1つのバイアの表面は電解研磨されていないか、またはバイア表面から電解研磨の影響が除去されている;
(c)金属材料を前記固体酸化物燃料電池のための相互接続の前記燃料側に接続すること、ここで前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であること;
を含む、固体酸化物燃料電池のための相互接続の製造方法。 - 電解研磨することは、前記相互接続の前記酸化剤側の1つのガス流チャネルを選択的に電解研磨することを含む、請求項29に記載の方法。
- 前記相互接続の前記酸化剤側の1つのガス流チャネルを電解研磨することは、前記相互接続の前記酸化剤側の1つのバイアを電解研磨することをさらに含み、ここで電解研磨に続いて、材料は、前記電解研磨されたバイアから物理的にまたは化学的に除去される、請求項29に記載の方法。
- 前記金属材料を前記相互接続の前記燃料側に接続することを、電解研磨する前に行う、請求項29に記載の方法。
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