RU2643032C1 - Электрохимический способ нанесения электропроводящего оксидного защитного покрытия интерконнектора - Google Patents
Электрохимический способ нанесения электропроводящего оксидного защитного покрытия интерконнектора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2643032C1 RU2643032C1 RU2016139988A RU2016139988A RU2643032C1 RU 2643032 C1 RU2643032 C1 RU 2643032C1 RU 2016139988 A RU2016139988 A RU 2016139988A RU 2016139988 A RU2016139988 A RU 2016139988A RU 2643032 C1 RU2643032 C1 RU 2643032C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrochemical
- interconnector
- electrodeposition
- protective coating
- coating
- Prior art date
Links
Images
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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
-
- 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
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологиям нанесения электропроводного покрытия на интерконнекторы катодной камеры твердооксидных топливных элементов. Способ включает электроосаждение слоя из La и 3d-металлов Mn, Co, Cu, Ni из раствора хлоридов используемых металлов в протофильном протонном органическом растворителе, электрохимический потенциал разложения которого по модулю выше, чем электрохимический потенциал разряда катионов металлов в среде соответствующего растворителя, электроосаждение слоя металлов осуществляют в среде фонового электролита, при этом термообработку покрытой поверхности ведут при температуре 950-1100°С в воздушной среде. Изобретение позволяет получить защитное покрытие поверхности интерконнектора эффективное как в окислительной, так и восстановительной атмосфере для защищаемой хромистой стали различного состава. 1 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологиям нанесения электропроводного покрытия на интерконнекторы катодной камеры твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и может быть использовано для защиты от коррозии электрических контактов интерконнекторов, выполненных из хромистой стали.
Применение ТОТЭ при высоких температурах приводит к диффузии входящего в состав стали хрома в материал катода, что приводит к деградации ТОТЭ. Вследствие диффузии кислорода в сталь, на поверхности стали образуется пленка оксида хрома, в результате чего увеличивается хрупкость наносимого покрытия.
Одним из методов увеличения срока службы ТОТЭ является нанесение на поверхность интерконнекторов катодной камеры, выполненных из хромистой стали, электропроводящего защитного покрытия
Электрохимические технологии нанесения покрытий обладают рядом преимуществ.
При нанесении покрытия электрохимическим способом существует возможность контроля толщины покрытий путем изменения плотности тока или времени осаждения. По сравнению с другими методами нанесения покрытий, данный метод является более дешевым. Еще одним достоинством метода электроосаждения является его простота.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является электрохимический способ нанесения электропроводного защитного металлического покрытия интерконнектора (RU 2465694, опубл. 27.10.2012). Способ включает нанесение нанокристаллического покрытия электрооосаждением одного слоя никеля (Ni) из раствора электролита импульсным током с последующей термообработкой покрытой поверхности в вакууме при 900–1000°С.
Покрытие, нанесенное данным способом, предназначено для создания на поверхности интерконнекта защитного слоя, который препятствует испарению гидроксидов и оксидов хрома, а также диффузионному проникновению хрома в контактирующие функциональные материалы ТОТЭ, и представляет собой однослойное нанокристаллическое покрытие Ni толщиной 5–20 мкм.
Нанокристаллическое покрытие Ni толщиной 5–20 мкм при использовании имеет следующие недостатки. Катод, который контактирует с интерконнектом, обладает соизмеримой толщиной (20–50 мкм), что может привести к взаимной диффузии материала катода и компонентов покрытия. Более тонкие покрытия лучше повторяют характер поверхности, на которую они наносятся. Кроме того, в восстановительной атмосфере Cr и Fe, входящие в состав стали интерконнектора, взаимодействуют с Ni, что приводит к деградации ячейки ТОТЭ. Вследствие этого покрытие, получаемое по данному методу, эффективно только в окислительной атмосфере. Немаловажно и то, что известный способ нанесения защитного покрытия, выбранный в качестве прототипа, не учитывает влияние состава защищаемой хромистой стали на характер образующегося покрытия.
Задача настоящего изобретения заключается в получении защитного покрытия поверхности интерконнектора, эффективного как в окислительной, так и восстановительной атмосфере для защищаемой хромистой стали различного состава.
Для этого предложен электрохимический способ нанесения электропроводящего оксидного защитного покрытия интерконнектора, который, как и способ-прототип, включает электроосаждение слоя металла из раствора электролита импульсным током с последующей термообработкой покрытой поверхности при температуре не менее 900°С. Заявленный способ отличается тем, что включает электроосаждение слоя из La и 3d-металлов Mn, Co, Cu, Ni из раствора хлоридов используемых металлов в протофильном протонном органическом растворителе, электрохимический потенциал разложения которого по модулю выше, чем электрохимический потенциал разряда катионов металлов в среде соответствующего растворителя, электроосаждение слоя металлов осуществляют в среде фонового электролита, при этом термообработку покрытой поверхности ведут при температуре 950-1100°С в воздушной среде.
Способ также отличается тем, что в качестве органического растворителя используют, например, диметилсульфоксид (ДМСО), тетрагидрофуран (ТГФ), диметилформамид (ДМФА), ацетонитрил, этилендиамин, пропиленкарбонат, ацетамид.
Сущность заявленного способа заключается в следующем.
В отличие от способа-прототипа, где металлическое покрытие наносят электроосаждением слоя Ni из раствора электролита никелирования, в предлагаемом способе покрытие наносят электроосаждением слоя из La и 3d-металлов Mn, Co, Cu, Ni. Ввиду невозможности электроосаждения La из водных растворов, электроосаждение слоя металлов осуществляют из раствора хлоридов используемых металлов в органическом растворителе, в качестве которого можно использовать протофильные протонные органические растворители, электрохимический потенциал разложения которых по модулю выше, чем электрохимический потенциал разряда катионов металлов в среде соответствующих растворителей, например диметилсульфоксид (ДМСО), тетрагидрофуран (ТГФ), диметилформамид (ДМФА), ацетонитрил, этилендиамин, пропиленкарбонат, ацетамид. Электроосаждение слоя металлов осуществляют из раствора хлоридов используемых металлов в органическом растворителе в среде фонового электролита, который добавляют в электролит для уменьшения сопротивления.
Основным преимуществом наносимого покрытия, по сравнению с покрытием, получаемым способом-прототипом, является его меньшая толщина, составляющая 3–10 мкм. Данная толщина получается за счет того, что нанесенные металлы в процессе обжига при температуре не менее 900°С в воздушной среде образуют оксидные соединения с компонентами стали, связывая тем самым летучие соединения хрома. Несмотря на малую толщину, покрытия получаются равномерными и сплошными, что является необходимым условием предотвращения проникновения хрома в материал катода.
В отличие от способа-прототипа, где термообработку поверхности проводят в вакууме при температуре 900–1000°С, заявленный способ позволяет вести термообработку в воздушной среде при 1100°С для образования оксидных соединений на поверхности стали, связывающих Cr2O3.
В отличие от способа-прототипа, нанесение и испытания покрытий проводились на разных марках жаропрочных нержавеющих сталей с содержанием хрома от 17 до 28 % и ТКЛР (10–15)⋅10–6 K–1, например, Crofer, IC, 15X25Т, SUS. Полученные результаты показали, что тип стали оказывает влияние на характер образующегося покрытия и, соответственно, влияет на выбор состава электролита.
Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в получении защитного покрытия поверхности интерконнекта меньшей толщины электрохимическим способом, эффективного как в окислительной, так и восстановительной атмосфере, причем для защищаемой хромистой стали различного состава.
Преимуществом заявленного способа является также возможность контроля толщины покрытия путем изменения плотности тока или времени осаждения. Также достоинством данного метода является его простота.
Заявленный способ иллюстрируется примерами конкретного исполнения, приведенными для различных марок хромистой стали, с температурой термообработки покрытой поверхности от 950°С до 1100°С. В качестве фонового электролита использовали 1 г/л KClO4. Могут быть использованы также LiCl, LiClO4, NaClO4.
Осуществление изобретения
Образец стали, представляющий собой пластину 8×8 мм2, предварительно подвергается очистке в ультразвуковой ванне в течение 20 мин. Затем на промытую пластину наносится покрытие из раствора определенного заявленного состава в течение 30 с. Плотность тока при этом составляет 0,007 А/см2. Промытый в изопропиловом спирте образец подвергается термообработке при температуре 950-1100°С в воздушной среде.
В таблице представлены данные о толщине получаемых покрытиях для различных составов электролитов, органических растворителей, марок стали и температуры термообработки.
Микроструктура поверхности покрытий и поперечных шлифов проиллюстрирована фиг. 1–14 в соответствии с таблицей.
На фиг. 15 показано более низкое сопротивление образца стали с покрытием по сравнению с образцом стали без покрытия. Сопротивление стали с покрытием довольно устойчиво во времени при выдержке при температуре 800°С в течение более 250 часов.
Таким образом, заявленный способ позволяет получать электропроводящее оксидное защитное покрытие поверхности интерконнектора меньшей толщины электрохимическим способом, эффективное как в окислительной, так и восстановительной атмосфере, причем для защищаемой хромистой стали различного состава.
Claims (2)
1. Электрохимический способ нанесения электропроводящего оксидного защитного покрытия интерконнектора, включающий электроосаждение слоя металла из раствора электролита импульсным током с последующей термообработкой покрытой поверхности при температуре не менее 900°С, отличающийся тем, что способ включает электроосаждение слоя из La и 3d-металлов Mn, Co, Cu, Ni из раствора хлоридов используемых металлов в протофильном протонном органическом растворителе, электрохимический потенциал разложения которого по модулю выше, чем электрохимический потенциал разряда катионов металлов в среде соответствующего растворителя, электроосаждение слоя металлов осуществляют в среде фонового электролита, при этом термообработку покрытой поверхности ведут при температуре 950-1100°С в воздушной среде.
2. Электрохимический способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют, например, диметилсульфоксид (ДМСО), тетрагидрофуран (ТГФ), диметилформамид (ДМФА), ацетонитрил, этилендиамин, пропиленкарбонат, ацетамид.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016139988A RU2643032C1 (ru) | 2016-10-12 | 2016-10-12 | Электрохимический способ нанесения электропроводящего оксидного защитного покрытия интерконнектора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016139988A RU2643032C1 (ru) | 2016-10-12 | 2016-10-12 | Электрохимический способ нанесения электропроводящего оксидного защитного покрытия интерконнектора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2643032C1 true RU2643032C1 (ru) | 2018-01-30 |
Family
ID=61173381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016139988A RU2643032C1 (ru) | 2016-10-12 | 2016-10-12 | Электрохимический способ нанесения электропроводящего оксидного защитного покрытия интерконнектора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2643032C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021040557A1 (ru) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Электрохимический способ нанесения двухслойного электропроводящего защитного покрытия интерконнектора |
RU2783260C1 (ru) * | 2019-08-30 | 2022-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Электрохимический способ нанесения двухслойного электропроводящего защитного покрытия интерконнектора |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003052858A1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-06-26 | The Regents Of The University Of California | Metal current collect protected by oxide film |
WO2009017841A2 (en) * | 2007-08-02 | 2009-02-05 | Trustees Of Boston University | Protective oxide coatings for sofc interconnections |
RU2414775C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2011-03-20 | Текникал Юниверсити Оф Денмарк | Способ получения многослойной барьерной структуры для твердооксидного топливного элемента |
RU2465694C1 (ru) * | 2011-06-09 | 2012-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Электропроводное защитное металлическое покрытие токового коллектора и способ его нанесения |
-
2016
- 2016-10-12 RU RU2016139988A patent/RU2643032C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003052858A1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-06-26 | The Regents Of The University Of California | Metal current collect protected by oxide film |
RU2414775C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2011-03-20 | Текникал Юниверсити Оф Денмарк | Способ получения многослойной барьерной структуры для твердооксидного топливного элемента |
WO2009017841A2 (en) * | 2007-08-02 | 2009-02-05 | Trustees Of Boston University | Protective oxide coatings for sofc interconnections |
RU2465694C1 (ru) * | 2011-06-09 | 2012-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Электропроводное защитное металлическое покрытие токового коллектора и способ его нанесения |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021040557A1 (ru) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Электрохимический способ нанесения двухслойного электропроводящего защитного покрытия интерконнектора |
RU2783260C1 (ru) * | 2019-08-30 | 2022-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Электрохимический способ нанесения двухслойного электропроводящего защитного покрытия интерконнектора |
RU2790490C1 (ru) * | 2022-08-09 | 2023-02-21 | Анна Владимировна Храменкова | Способ получения покрытия на основе кобальт-марганцевой шпинели на поверхности нержавеющей стали |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10418643B2 (en) | Bipolar plate for electrochemical cells and method for the production thereof | |
JP4366872B2 (ja) | 燃料電池用ガスセパレータおよび該燃料電池用セパレータの製造方法並びに燃料電池 | |
CN109478656B (zh) | 防腐涂层 | |
KR101266096B1 (ko) | 연료 전지용 세퍼레이터 및 그 제조 방법 | |
Wang et al. | The study of electroplating trivalent CrC alloy coatings with different current densities on stainless steel 304 as bipolar plate of proton exchange membrane fuel cells | |
Mani et al. | Evaluation of the corrosion behavior of a TiN-coated 316L SS bipolar plate using dynamic electrochemical impedance spectroscopy | |
JP3961434B2 (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法 | |
KR101679545B1 (ko) | 고체 고분자형 연료 전지의 세퍼레이터용 스테인리스박 | |
CN103931034A (zh) | 燃料电池用集电板及其制造方法 | |
AU2017295730B2 (en) | Galvanic metal-water cell with nickel-molybdenum cathode | |
US7314678B2 (en) | Solid oxide fuel cell device with a component having a protective coatings and a method for making such | |
RU2643032C1 (ru) | Электрохимический способ нанесения электропроводящего оксидного защитного покрытия интерконнектора | |
KR101869182B1 (ko) | 고체 고분자형 연료 전지의 세퍼레이터용 스테인리스박 | |
JP6232302B2 (ja) | リチウムイオン電池用電極タブの製造方法 | |
US20200280073A1 (en) | Metal porous body, fuel cell and method for producing metal porous body | |
Fan et al. | Solution acidity and temperature induced anodic dissolution and degradation of through-plane electrical conductivity of Au/TiN coated metal bipolar plates used in PEMFC | |
Liu et al. | Conductive and corrosion behaviors of silver-doped carbon-coated stainless steel as PEMFC bipolar plates | |
KR101716287B1 (ko) | 고체산화물 연료전지 금속분리판용 이중층 세라믹 보호막 및 이의 제조 방법 | |
US20090050258A1 (en) | Development of pem fuel cell electrodes using pulse electrodeposition | |
Mathews et al. | Plating of iridium for use as high purity electrodes in the assay of ultrapure copper | |
KR102415844B1 (ko) | 납으로 구성된 바이폴라플레이트 및 그 바이폴라플레이트를 포함하는 일체형가역연료전지 | |
JP2012190816A (ja) | 燃料電池用セパレータ及び燃料電池 | |
Rosley et al. | Effect of Complexing Agent on The Morphology and Corrosion Effect of Cu-Sn-Zn Ternary Alloy via Electroplating | |
Allahar et al. | Abreu, CM, Cristóbal, MJ, Losada, R., Nóvoa, XR, Pena, G. and Pérez, MC Long-term behaviour of AISI 304L passive layer in chloride containing medium, 1881 Adler, SB, see Wilson, JR, 1389 | |
Pech-Rodríguez et al. | Deposition of Vulcan XC-72 coatings on stainless steel bipolar plates by reverse pulsed DC voltage electrophoretic deposition (EPD) for Fuel Cell applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181013 |