JPS63236266A - 溶融炭酸塩型燃料電池構成材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は耐食性に優れ、かつ市場性、加工性、経済性に
優れた溶融炭酸塩型燃料電池構成材料の製造方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 溶融炭酸塩型燃料電池は、エネルギー変換効率が高く、
公害発生がなく、かつ高価な触媒を必要としない等の利
点があることから、次世代の電源として有望視されてお
り、現在は小規模な電池を組んで耐久性の検討を行うと
共に積層技術の開発や、大規模化のための検討および電
池の電極材料やその他の構成材料の開発が進められてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 現状での問題点として、溶融炭酸塩型燃料電池の電極や
セパレーターなどの電池構成材料は一般に腐食を受は易
く長期の耐久性を有しないということが挙げられる。

耐食性に関する上記の問題を解決するためにペロブスカ
イトのような複合酸化物を適用する手段が検討され、更
にＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金表面にアルミナを主体とする酸
化層を形成させたものが提案されているが（特開昭５８
−２１７［ｉ７７号公報）、いずれも市場性、加工性お
よび経済性の観点から好ましくない。

上記した問題点に鑑み、本発明においては耐食性に優れ
、かつ市場性、加工性および経済性の良好な溶融炭酸塩
型燃料電池構成材料の製造方法を提供することを目的と
している。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決することのできた本発明の溶融炭酸塩
型燃料電池構成材料の製造方法とはＡＩとｃｏおよび／
またはＮｉとを金Ｒ１＃体１合金。

酸化物あるいはこれらの組合せとして鉄系材料表面にコ
ーティングし、該コーティング材料を鉄系材料表層に熱
処理拡散させることを基本的要旨とするものであり、上
記Ａｌに対してＣｒを併用することにより更に優れた効
果が得られる。尚母材となる鉄系材料がＣｒ−Ｎｉ含有
鋼であるときは上述のＣｒやＮｉをコーティングする必
要はなくこの様な実施も本発明の技術範囲に包含される
。

［作用〕 本発明方法で得られる溶融炭酸塩型燃料電池構成材料は
市場性、加工性、経済性に優れた鉄系材料あるいはＣｒ
−Ｎｉ含有鋼を母材として採用し、それぞれコーティン
グおよび熱処理により、 （１）鉄系材料の表面にＡｌと、ｃｏおよび／またはＮ
ｉとを （２）鉄系材料の表面にＡｌおよびＣｒと、Ｃｏおよび
／またはＮｉとを （３）Ｃｒ−Ｎｉ含有鋼表面にＡＩを （４）Ｃｒ−Ｎｉ鋼表面にＡｌとＣｏとを夫々金属単体
１合金、酸化物あるいはこれらの組合せとして拡散させ
たものである。そしてこの様な溶融炭酸塩型燃料電池構
成材料をＬｉ２Ｃｏ３を含む溶融炭酸塩浴中に浸漬する
と、Ａｌはりチウムアルミネート被膜を、またＣｒはリ
チウムクロメート被膜を夫々材料表面に形成し、特に前
者は単独で、後者は前者との共同作用によって優れた耐
食性を発揮する。一方ＣｏとＮｉは素材表面に生成する
スピネル酸化物（ＦｅＯ・Ａ　１２０３やＦｅ０−Ｃｒ
２０ｓ等）をアモルファス化するので素材とりチウムア
ルミネートやリチウムクロメート被膜の素材に対する密
着性を強固なものとする。

次に（イ）表層に拡散した成分の溶融炭酸塩浴中での作
用、（ロ）コーティング方法、（ハ）熱処理拡散につい
て詳述する。

（イ）表層に拡散した各成分の浴中での作用Ａ　１　： Ａｌは溶融炭酸塩浴中で極めて安定なりチウムアルミネ
ート被膜を形成し、耐食性を著しく向上させるが溶融点
が低いので本発明の必須条件である拡散処理により合金
層を形成せしめる必要がある。

Ｃｒ； Ｃｒは溶融炭酸塩浴中で安定なリチウムクロメート被膜
を形成する元素であるが、この被膜単独では、素材の防
食効果が十分でなく、ＡｌやＡｌ合金又はＡｌ酸化物と
の共存で耐食性被膜を形成する。１％以上のＣｒ系低合
金鋼、望ましくは、３％以上のＣｒ系低合金鋼の場合に
は、素材からＣｒが供給されるのでコーティングしなく
ても耐食性の優れた被膜を形成する。ここで、Ｃｒの役
割は、ちみつな被膜形成を助長する触媒的作用があると
考えられ、数％のＣｒ系低合金鋼で十分良好な耐食性が
得られる。

Ｃｏ： 鉄系素材とリチウムクロメート及びリチウムアルミネー
トの密着性改善に有効な元素であり、鉄系材料の表面に
生成するスピネル酸化物をアモルファス化することによ
って密着性を改善する効果がある。

Ｎｉ： ｃｏと同様な効果があり、ＣｒやＡＩの酸化物中に共存
することによって被膜の防食性能を向上させる効果があ
る。

（ロ）コーティング方法 鍍金（含分散鍍金）、溶射、蒸着（ＣＶＤ。

ＰＶＤ）　、圧延などいずれの方法でもよい。処理厚さ
は０．１〜２００μｍがよい。薄過ぎると耐食性被膜の
形成が十分でなく、厚過ぎても効果が飽和に達し、逆に
剥離などの問題を生じ易くなる。

基本的なコーティング過程としては、下地にＦｅとスピ
ネル型酸化物を形成しゃすいＮｉ、Ｃｏ。

Ｃｒ（含酸化物）を処理し、その上にＡＩ（含酸化物）
を処理するのが良いようである（ＣｒはＡｌと同様に耐
食性に優れたリチウムクロメート被膜を形成すると共に
Ｎｉ、Ｃｏと同様にＦｅとスピネル酸化物を形成しやす
い）。各処理は、拡散を容易にするため経済的に許すか
ぎり、薄く繰り返し処理するのが最善であることは、言
うまでもない。

（ハ）熱処理拡散＝３００〜１２００℃素材に表面処理
を行なった後、上記の温度範囲で熱処理拡散を行なうこ
とによって、相互の密着性を改善し、防食効果を向上さ
せる。３００℃以下では、処理に時間を要する。１２０
０℃以上では、素材の性能劣化が生じる。

［実施例］ 第１表に示す市販級普通鋼、低合金鋼、フェライト系ス
テンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステ
ナイト系ステンレス鋼板より、２５ｘ３５ｘ５ｍｍの試
験片を切り出し、さらに第１表に示す条件下でコーティ
ングを施したのち（コーティング順序：左から右へ）、
熱処理拡散（６５０〜７００℃、０．５〜２時間）をお
こなりた、この時の金属の形態はコーティング時の金属
形態のまま拡散した状態になっていた。その後溶融炭酸
塩（６２ｍｏｊ１％Ｌｉ、Ｃｏ、＋３８ｍｏＡ％に２　
Ｃｏ３）環境中に１００時間暴露し、暴露前後の重量変
化により、腐食率を算出した。

その結果を第１表に示す。

Ｎｏ、　　１〜８は本発明によるもので、ＮＯ３１は普
通鋼の表面に水溶液中でのＣｏｇ金とＣｒ１ｇ金の後、
ＡＩ蒸着鍍金を施し、熱処理拡散を行ったもの、Ｎｏ、
　２と３は普通鋼の表面にアルミニウムとクロムの酸化
物を分散させたＮｉ鍍金を行い熱処理拡散を施したもの
、Ｎ００４と５は素材に低合金鋼を用いたもの、　Ｎｏ
、　６〜８は素材にステンレス鋼を用いたものである。

いずれも比較例の５ＵＳ３１６やニッケルに比べて、優
れた耐食性を示している。すなわち、素材が普通鋼や低
合金鋼であっても５ＵＳ３１６以上の耐食性となった。

また、素材が５ＵＳ３１６の場合にもコーティング処理
と熱処理拡散によって、耐食性が数倍以上に向上した。

なお、本実施例は、鋼板に対して適用したものであるが
、本発明が多孔体形状の電極材料とじても適用すること
は言うまでもない。

第１表 ＊：　単位　ｇ／＋２ｈｒ 熱処理拡散：６５０〜７００℃、０．５〜２時間［発明
の効果］ 以上のように本発明方法で得られる溶融炭酸塩型燃料電
池構成材料は素材に鉄系材料およびＣｒ−Ｎｉ含有鋼を
用いるので市場性、加工性、経済性に優れており、材料
表面には密着性の良好なりチウムアルミネート、あるい
はりチウムアルミネートとリチウムクロメートの被膜が
形成され易いから耐食性に優れたものである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌと Ｃｏおよび／またはＮｉとを 金属単体、合金、酸化物あるいはこれらの組合せとして
   鉄系材料表面にコーティングし、該コーティング材料を
   鉄系材料表層に熱処理拡散させることを特徴とする溶融
   炭酸塩型燃料電池構成材料の製造方法。
2. （２）ＡｌおよびＣｒと Ｃｏおよび／またはＮｉとを 金属単体、合金、酸化物あるいはこれらの組合せとして
   鉄系材料表面にコーティングし、該コーティング材料を
   鉄系材料表層に熱処理拡散させることを特徴とする溶融
   炭酸塩型燃料電池構成材料の製造方法。
3. （３）ＡｌまたはＡｌの酸化物をＣｒ−Ｎｉ含有鋼表層
   にコーティングし、該コーティング材料をＣｒ−Ｎｉ含
   有鋼表層に熱処理拡散させたものであることを特徴とす
   る溶融炭酸塩型燃料電池構成材料の製造方法。
4. （４）ＡｌとＣｏを金属単体、合金、酸化物あるいはこ
   れらの組合せとしてＣｒ−Ｎｉ含有鋼表面にコーティン
   グし、該コーティング材料を鉄系材料表層に熱処理拡散
   させたものであることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電
   池構成材料の製造方法。