JPH07114928A - すぐれた高温強度を有する溶融炭酸塩燃料電池のセパレータ材 - Google Patents
すぐれた高温強度を有する溶融炭酸塩燃料電池のセパレータ材Info
- Publication number
- JPH07114928A JPH07114928A JP5280510A JP28051093A JPH07114928A JP H07114928 A JPH07114928 A JP H07114928A JP 5280510 A JP5280510 A JP 5280510A JP 28051093 A JP28051093 A JP 28051093A JP H07114928 A JPH07114928 A JP H07114928A
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- Japan
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- alloy
- high temperature
- fuel cell
- carbonate fuel
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- 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
Abstract
(57)【要約】
【目的】 すぐれた高温強度を有し、かつ高温耐酸化性
にもすぐれた溶融炭酸塩燃料電池のセパレータ材を提供
する。 【構成】 溶融炭酸塩燃料電池のセパレータ材が、重量
%で、C:0.15%以下、Cr:6〜25%、Fe:
5〜10%を含有し、さらに必要に応じてAl:0.5
〜3%を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組
成を有するNi基合金の芯材のカソード側に貴金属また
はその合金からなる耐酸化性被覆層を形成し、前記芯材
のアノード側にNiまたはその合金からなる耐食性被覆
層を形成したものからなる。
にもすぐれた溶融炭酸塩燃料電池のセパレータ材を提供
する。 【構成】 溶融炭酸塩燃料電池のセパレータ材が、重量
%で、C:0.15%以下、Cr:6〜25%、Fe:
5〜10%を含有し、さらに必要に応じてAl:0.5
〜3%を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組
成を有するNi基合金の芯材のカソード側に貴金属また
はその合金からなる耐酸化性被覆層を形成し、前記芯材
のアノード側にNiまたはその合金からなる耐食性被覆
層を形成したものからなる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた高温強度を
有し、かつ高温耐酸化性にもすぐれた溶融炭酸塩燃料電
池(以下、単に燃料電池という)のセパレータ材に関す
るものである。
有し、かつ高温耐酸化性にもすぐれた溶融炭酸塩燃料電
池(以下、単に燃料電池という)のセパレータ材に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に燃料電池のセパレータ材と
しては、例えば特開平1−93062号公報に記載され
るように、ステンレス鋼の芯材のアノード側にNiまた
はその合金からなる耐食性被覆層をクラッド法などによ
り形成してなるものが知られている。また、上記セパレ
ータ材は、燃料電池自体が700℃前後の高温で運転さ
れるものであることから、実用に際してステンレス鋼面
(カソード面)が酸素含有の高温酸化性雰囲気にさらさ
れ、かつNiまたはその合金面(アノード面)が水素含
有の高温腐食性雰囲気にさらされることも知られてい
る。
しては、例えば特開平1−93062号公報に記載され
るように、ステンレス鋼の芯材のアノード側にNiまた
はその合金からなる耐食性被覆層をクラッド法などによ
り形成してなるものが知られている。また、上記セパレ
ータ材は、燃料電池自体が700℃前後の高温で運転さ
れるものであることから、実用に際してステンレス鋼面
(カソード面)が酸素含有の高温酸化性雰囲気にさらさ
れ、かつNiまたはその合金面(アノード面)が水素含
有の高温腐食性雰囲気にさらされることも知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の燃料電池
の小型化および軽量化、並びに高性能化はめざましく、
これに伴ない、これの構造部材であるセパレータ材にも
増々の薄肉化および一段の苛酷な条件下での安定的性能
発揮が強く求められているが、上記の従来セパレータ材
においては、芯材の強度、特に高温強度が十分でないた
めに、これを薄肉化すると、反応温度が650℃以上に
上昇する高温雰囲気下では、これに形成された波形がつ
ぶれてしまい、発電不能となる事態が生じ、加えて高性
能化による一段の高温運転では、特にカソード側のステ
ンレス鋼面の酸化進行が著しく、比較的短時間で使用寿
命に至るのが現状である。
の小型化および軽量化、並びに高性能化はめざましく、
これに伴ない、これの構造部材であるセパレータ材にも
増々の薄肉化および一段の苛酷な条件下での安定的性能
発揮が強く求められているが、上記の従来セパレータ材
においては、芯材の強度、特に高温強度が十分でないた
めに、これを薄肉化すると、反応温度が650℃以上に
上昇する高温雰囲気下では、これに形成された波形がつ
ぶれてしまい、発電不能となる事態が生じ、加えて高性
能化による一段の高温運転では、特にカソード側のステ
ンレス鋼面の酸化進行が著しく、比較的短時間で使用寿
命に至るのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、高温強度および高温耐酸化性、
さらに高温耐食性にすぐれた燃料電池のセパレータ材を
開発すべく研究を行なった結果、燃料電池のセパレータ
材を、重量%で(以下、%は重量%を示す)、C :
0.15%以下、 Cr:6〜25%、Fe:5
〜10%、を含有し、さらに必要に応じて、Al:0.
5〜3%、を含有し、残りがNiと不可避不純物からな
る組成を有するNi基合金の芯材の高温酸化性雰囲気に
さらされるカソード側を貴金属またはその合金で被覆
し、かつ前記芯材の高温腐食性雰囲気にさらされるアノ
ード側をNiまたはその合金で被覆したもので構成する
と、この結果のセパレータ材は、これを構成する芯材の
Ni基合金がきわめてすぐれた高温強度を有することか
ら、これを薄肉化しても高温雰囲気で変形することはな
く、さらに貴金属またはその合金からなる被覆層によっ
てすぐれた耐酸化性が確保され、かつNiまたはその合
金からなる被覆層によってすぐれた耐食性が確保される
ことから、より一段の高温運転でも長期に亘ってすぐれ
た性能を発揮するという研究結果を得たのである。
上述のような観点から、高温強度および高温耐酸化性、
さらに高温耐食性にすぐれた燃料電池のセパレータ材を
開発すべく研究を行なった結果、燃料電池のセパレータ
材を、重量%で(以下、%は重量%を示す)、C :
0.15%以下、 Cr:6〜25%、Fe:5
〜10%、を含有し、さらに必要に応じて、Al:0.
5〜3%、を含有し、残りがNiと不可避不純物からな
る組成を有するNi基合金の芯材の高温酸化性雰囲気に
さらされるカソード側を貴金属またはその合金で被覆
し、かつ前記芯材の高温腐食性雰囲気にさらされるアノ
ード側をNiまたはその合金で被覆したもので構成する
と、この結果のセパレータ材は、これを構成する芯材の
Ni基合金がきわめてすぐれた高温強度を有することか
ら、これを薄肉化しても高温雰囲気で変形することはな
く、さらに貴金属またはその合金からなる被覆層によっ
てすぐれた耐酸化性が確保され、かつNiまたはその合
金からなる被覆層によってすぐれた耐食性が確保される
ことから、より一段の高温運転でも長期に亘ってすぐれ
た性能を発揮するという研究結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、C :0.15%以下、
Cr:6〜25%、Fe:5〜10%、を含有し、さ
らに必要に応じて、Al:0.5〜3%、を含有し、残
りがNiと不可避不純物からなる組成を有するNi基合
金の芯材のカソード側に、貴金属、望ましくはAu,P
t、およびPd、並びにその合金からなる耐酸化性被覆
層を、クラッド法や電気メッキ法、さらにスパッタリン
グ法などの手段にて、望ましくは1〜50μmの平均層
厚で形成し、かつ前記芯材のアノード側に、Niまたは
その合金からなる耐食性被覆層を、同じくクラッド法や
電気メッキ法、さらにスパッタリング法などの手段に
て、望ましくは、10〜100μmの平均層厚で形成し
てなる、すぐれた高温強度を有する溶融炭酸塩燃料電池
のセパレータ材に特徴を有するものである。
なされたものであって、C :0.15%以下、
Cr:6〜25%、Fe:5〜10%、を含有し、さ
らに必要に応じて、Al:0.5〜3%、を含有し、残
りがNiと不可避不純物からなる組成を有するNi基合
金の芯材のカソード側に、貴金属、望ましくはAu,P
t、およびPd、並びにその合金からなる耐酸化性被覆
層を、クラッド法や電気メッキ法、さらにスパッタリン
グ法などの手段にて、望ましくは1〜50μmの平均層
厚で形成し、かつ前記芯材のアノード側に、Niまたは
その合金からなる耐食性被覆層を、同じくクラッド法や
電気メッキ法、さらにスパッタリング法などの手段に
て、望ましくは、10〜100μmの平均層厚で形成し
てなる、すぐれた高温強度を有する溶融炭酸塩燃料電池
のセパレータ材に特徴を有するものである。
【0006】つぎに、この発明のセパレータ材におい
て、芯材を構成するNi基合金の成分組成を上記の通り
に限定した理由を説明する。 (a) C C成分には、素地に固溶して強度を向上させる作用があ
るが、その含有量が0.15%を超えると、圧延加工性
および成形加工性が低下するようになることから、その
含有量を0.15%以下と定めた。
て、芯材を構成するNi基合金の成分組成を上記の通り
に限定した理由を説明する。 (a) C C成分には、素地に固溶して強度を向上させる作用があ
るが、その含有量が0.15%を超えると、圧延加工性
および成形加工性が低下するようになることから、その
含有量を0.15%以下と定めた。
【0007】(b) CrおよびFe これら両成分には、いずれも素地に固溶し、共存した状
態で高温強度を向上させる作用があり、したがってこれ
ら成分のうちのいずれかの成分でもその含有量がCr:
6%未満およびFe:5%未満になると、所望のすぐれ
た高温強度を確保することができず、一方その含有量が
CrおよびFe成分のいずれかでもCr:25%および
Fe:10%を越えると、靭性が低下し、脆化するよう
になることから、その含有量をCr:6〜25%、F
e:5〜10%と定めた。
態で高温強度を向上させる作用があり、したがってこれ
ら成分のうちのいずれかの成分でもその含有量がCr:
6%未満およびFe:5%未満になると、所望のすぐれ
た高温強度を確保することができず、一方その含有量が
CrおよびFe成分のいずれかでもCr:25%および
Fe:10%を越えると、靭性が低下し、脆化するよう
になることから、その含有量をCr:6〜25%、F
e:5〜10%と定めた。
【0008】(c) Al Al成分には、Niと結合し、γ′相((Ni3 Al)
として析出し、高温強度を一段と向上させる作用がある
ので、必要に応じて含有されるが、その含有量が0.5
%未満では一段の高温強度向上効果が得られず、一方そ
の含有量が3%を越えると加工性が低下するようになる
ことから、その含有量を0.5〜3%と定めた。
として析出し、高温強度を一段と向上させる作用がある
ので、必要に応じて含有されるが、その含有量が0.5
%未満では一段の高温強度向上効果が得られず、一方そ
の含有量が3%を越えると加工性が低下するようになる
ことから、その含有量を0.5〜3%と定めた。
【0009】なお、上記の通り耐酸化性被覆層および耐
食性被覆層の望ましい平均層厚を、それぞれ1〜50μ
mおよび10〜100μmとしたのは、その平均層厚が
それぞれ1μm未満および10μm未満では所望のすぐ
れた耐酸化性および耐食性を確保することができず、一
方その平均層厚がそれぞれ50μmおよび100μmを
越えてもより一層の向上効果が現われないという理由に
もとづくものである。
食性被覆層の望ましい平均層厚を、それぞれ1〜50μ
mおよび10〜100μmとしたのは、その平均層厚が
それぞれ1μm未満および10μm未満では所望のすぐ
れた耐酸化性および耐食性を確保することができず、一
方その平均層厚がそれぞれ50μmおよび100μmを
越えてもより一層の向上効果が現われないという理由に
もとづくものである。
【0010】
【実施例】つぎに、この発明のセパレータ材を実施例に
より具体的に説明する。通常の溶解炉にて、それぞれ表
1,2に示される成分組成をもった芯材用Ni基合金お
よびステンレス鋼、並びに耐食性被覆層用純Niおよび
Ni基合金を溶製し、インゴットに鋳造し、これらイン
ゴットに対して寸法調製を行なった状態で重ね合わせ、
これを大気中、1050℃の熱間圧延開始温度にて熱間
圧延を行ない、全体厚さ:4mmのクラッド材とし、つい
で黒皮を研削除去した後、中間焼鈍を加えながら冷間圧
延を繰り返し施して、それぞれ表1,2に示される平均
層厚の芯材と耐食性被覆層からなる複合板材とし、この
複合板材の芯材露出面(従来セパレータ材は除く)にス
パッタリング法にて、通常の条件で、同じく表2に示さ
れる組成および平均層厚の耐酸化性被覆を形成すること
により本発明セパレータ材1〜10、および従来セパレ
ータ材をそれぞれ製造した。
より具体的に説明する。通常の溶解炉にて、それぞれ表
1,2に示される成分組成をもった芯材用Ni基合金お
よびステンレス鋼、並びに耐食性被覆層用純Niおよび
Ni基合金を溶製し、インゴットに鋳造し、これらイン
ゴットに対して寸法調製を行なった状態で重ね合わせ、
これを大気中、1050℃の熱間圧延開始温度にて熱間
圧延を行ない、全体厚さ:4mmのクラッド材とし、つい
で黒皮を研削除去した後、中間焼鈍を加えながら冷間圧
延を繰り返し施して、それぞれ表1,2に示される平均
層厚の芯材と耐食性被覆層からなる複合板材とし、この
複合板材の芯材露出面(従来セパレータ材は除く)にス
パッタリング法にて、通常の条件で、同じく表2に示さ
れる組成および平均層厚の耐酸化性被覆を形成すること
により本発明セパレータ材1〜10、および従来セパレ
ータ材をそれぞれ製造した。
【0011】この結果得られた本発明セパレータ材1〜
10および従来セパレータ材について、セパレータのカ
ソード側が実用時にさらされる雰囲気に相当する雰囲
気、すなわちCO2 :30容量%、空気:残りからなる
650℃、700℃、および750℃の雰囲気に100
時間保持の条件での高温酸化試験を行ない、カソード側
の酸化増量を測定し、さらに高温強度を評価する目的で
前記温度でのクリープ破断強さ(1000時間)を測定
した。これらの測定結果を表3に示した。
10および従来セパレータ材について、セパレータのカ
ソード側が実用時にさらされる雰囲気に相当する雰囲
気、すなわちCO2 :30容量%、空気:残りからなる
650℃、700℃、および750℃の雰囲気に100
時間保持の条件での高温酸化試験を行ない、カソード側
の酸化増量を測定し、さらに高温強度を評価する目的で
前記温度でのクリープ破断強さ(1000時間)を測定
した。これらの測定結果を表3に示した。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】
【発明の効果】表1〜3に示される結果から、本発明セ
パレータ材1〜10は、いずれも従来セパレータ材に比
して高い高温強度をもち、かつカソード側がすぐれた高
温耐酸化性を示すことが明らかである。上述のように、
この発明の燃料電池のセパレータ材は、高い高温強度を
有し、かつ高温耐酸化性および高温耐食性にすぐれてい
るので、薄肉化による燃料電池の軽量化および小型化、
さらにこれの高性能化にも寄与するのである。
パレータ材1〜10は、いずれも従来セパレータ材に比
して高い高温強度をもち、かつカソード側がすぐれた高
温耐酸化性を示すことが明らかである。上述のように、
この発明の燃料電池のセパレータ材は、高い高温強度を
有し、かつ高温耐酸化性および高温耐食性にすぐれてい
るので、薄肉化による燃料電池の軽量化および小型化、
さらにこれの高性能化にも寄与するのである。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、 C :0.15%以下、 Cr:6〜25%、 Fe:5〜10%、を含有し、残りがNiと不可避不純
物からなる組成を有するNi基合金の芯材のカソード側
に貴金属またはその合金からなる耐酸化性被覆層を形成
し、かつ前記芯材のアノード側にNiまたはその合金か
らなる耐食性被覆層を形成してなるすぐれた高温強度を
有する溶融炭酸塩燃料電池のセパレータ材。 - 【請求項2】 重量%で、 C :0.15%以下、 Cr:6〜25%、 Fe:5〜10%、 Al:0.5〜3%、
を含有し、残りがNiと不可避不純物からなる組成を有
するNi基合金の芯材のカソード側に貴金属またはその
合金からなる耐酸化性被覆層を形成し、かつ前記芯材の
アノード側にNiまたはその合金からなる耐食性被覆層
を形成してなるすぐれた高温強度を有する溶融炭酸塩燃
料電池のセパレータ材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5280510A JPH07114928A (ja) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | すぐれた高温強度を有する溶融炭酸塩燃料電池のセパレータ材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5280510A JPH07114928A (ja) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | すぐれた高温強度を有する溶融炭酸塩燃料電池のセパレータ材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07114928A true JPH07114928A (ja) | 1995-05-02 |
Family
ID=17626107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5280510A Withdrawn JPH07114928A (ja) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | すぐれた高温強度を有する溶融炭酸塩燃料電池のセパレータ材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07114928A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2339679A1 (en) * | 2002-08-20 | 2011-06-29 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Corrosion-resistance conductive member and its manufacturing method, and fuel cell |
JP2014513200A (ja) * | 2011-02-23 | 2014-05-29 | オウトクンプ ファオデーエム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 良好な加工性を有するニッケル−クロム−鉄−アルミニウム合金 |
-
1993
- 1993-10-14 JP JP5280510A patent/JPH07114928A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2339679A1 (en) * | 2002-08-20 | 2011-06-29 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Corrosion-resistance conductive member and its manufacturing method, and fuel cell |
JP2014513200A (ja) * | 2011-02-23 | 2014-05-29 | オウトクンプ ファオデーエム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 良好な加工性を有するニッケル−クロム−鉄−アルミニウム合金 |
US9476110B2 (en) | 2011-02-23 | 2016-10-25 | Vdm Metals International Gmbh | Nickel—chromium—iron—aluminum alloy having good processability |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001226 |