UA137888U - Матеріал для виготовлення з'єднувальних елементів твердооксидних паливних комірок - Google Patents
Матеріал для виготовлення з'єднувальних елементів твердооксидних паливних комірок Download PDFInfo
- Publication number
- UA137888U UA137888U UAU201904107U UAU201904107U UA137888U UA 137888 U UA137888 U UA 137888U UA U201904107 U UAU201904107 U UA U201904107U UA U201904107 U UAU201904107 U UA U201904107U UA 137888 U UA137888 U UA 137888U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- connecting elements
- manufacture
- fuel cells
- solid oxide
- oxide fuel
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000048 titanium hydride Inorganic materials 0.000 abstract 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- OTCVAHKKMMUFAY-UHFFFAOYSA-N oxosilver Chemical class [Ag]=O OTCVAHKKMMUFAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 1
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Матеріал для виготовлення з'єднувальних елементів твердооксидних паливних комірок містить жаростійку композитну основу з МАХ-фази титану, отриманий спіканням суміші порошків ТіС, ТіН2 і Аl у вакуумі і пресуванням у повітрі. При цьому матеріал має фазовий склад: 95 мас. % Ті2АlС, 5 мас. % ТіС і поверхневий шар срібла товщиною 0,25 мкм.
Description
Корисна модель належить до галузі водневої енергетики, а саме - до складу матеріалу для виготовлення конструктивних елементів, які з'єднують елементарні твердооксидні паливні комірки (анод - твердий електроліт - катод) у блоки. Ці з'єднувальні елементи використовують також для подачі високотемпературного газового середовища до анода (відновлювального) і катода (окиснювального), а також струмовідводу.
Твердооксидні паливні комірки (ПК) - це ефективні екологічно чисті джерела електричної енергії, робота яких базується на прямому перетворенні енергії хімічної реакції у електричну при температурах 600-1000 С. Для поліпшення ефективності ПК необхідно знизити температуру їхньої експлуатації до 550-650 "С. За дії агресивних технологічних середовищ це обумовлює спеціальні вимоги до конструкційних матеріалів для з'єднувальних елементів ПК.
Виходячи з функціональних особливостей з'єднувальних елементів ПК, матеріали для їх виготовлення повинні володіти комплексом властивостей (1), серед яких стійкість до впливу високотемпературного окиснювального (повітря) середовища та висока, за цих умов, поверхнева електропровідність для струмовідводу.
Відомими для виготовлення з'єднувальних елементів ПК є жаростійкі сталі типу Сготег (21.
Недоліками цих матеріалів є схильність до виділення хрому за високих температур, який, дифундуючи у електроди (анод і катод), призводить до їх забруднення, що знижує продуктивність ПК |ЗІ, а також їх висока густина (рев г/сму), що зумовлює значну вагу блоків ПК.
Крім цього після тривалої витримки при 600 "С у повітрі він втрачає поверхневу електропровідність.
Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого матеріалу для виготовлення з'єднувальних елементів ПК є композит на основі МАХ-фази ТізАІСо», отриманий спіканням суміші порошків ТІіС, ТіН» їі АЇ у вакуумі і пресуванням у повітрі І4|. Він не містить хром, який забруднює електроди ПК, і володіє порівняно високою жаростійкістю під час тривалої (1000 год.) витримки у повітрі при 600 "С. Його недоліком є дуже низька поверхнева електропровідність після такої витримки, що не задовольняє вимог до матеріалів з'єднувальних елементів ПК, оскільки він не забезпечує струмовідвід.
Таким чином, виготовлені з відомих матеріалів з'єднувальні елементи ПК не можуть забезпечити повною мірою надійну і довготривалу роботу твердооксидних паливних комірок без зниження їх роботоздатності.
В основу корисної моделі поставлено задачу створити матеріал для виготовлення з'єднувальних елементів ПК, який не спричинятиме негативного впливу на електроди ПК, що призводить до втрати її продуктивності; дозволить знизити вагу блоків ПК; забезпечить їх надійну і довготривалу роботу в умовах впливу високотемпературного (600 "С) окиснювального середовища, а також високу поверхневу електропровідність.
Поставлена задача вирішується тим, що для виготовлення з'єднувальних елементів ПК пропонується використовувати жаростійкий матеріал на основі МАХ-фази ТігАІС, який отримали спіканням у вакуумі порошків ТіС, ТіНг, АІ гарячим пресуванням їх у повітрі та має фазовий склад: 95 мас. 95 Тіг2АІС, 5 мас. 95 ТіС. Він не містить хром, який призводить до забруднення електродів ПК і зниження їх продуктивності; має понижену густину (р-4,1 г/см" проти ре8,0 г/см для сталі типу Стоїег), що дозволяє знизити вагу блоків ПК; має вищу жаростійкість порівняно з матеріалом на основі МАХ-фази ТізАІС». Крім цього на поверхню цього композиту наносять шар срібла товщиною 0,2-0,3 мкм. Завдяки тому, що, на відміну від багатьох оксидів металів, оксиди срібла у повітрі при робочій для ПК температурі 600 "С розпадаються |5І|, срібло забезпечує високу питому електропровідність цього шаруватого матеріалу і струмовідвід з'єднувальних елементів.
На фіг. 1 наведено залежності зміни приросту маси, приведеної до площі поверхні зразка, від часу експозиції при температурі 600 "С у повітрі для запропонованого матеріалу зі срібним покриттям (крива 1) і без такого покриття (крива 2), а також для композита на основі МАХ-фази
ТізАІС» (крива 3) і сталі Стоїег ОРИ (крива 4).
На фіг. 2 наведено залежності зміни питомої електропровідності б запропонованого матеріалу зі срібним покриттям (лінія 1) і без такого покриття (лінія 2) та композита на основі
МАХ-фази ТізАїС» (лінія 3) і сталі Стоїтег СРИ (лінія 4) від часу витримки ї при температурі 600 "С у повітрі, а також межі значень с для провідників, напівпровідників та ізоляторів.
Для пояснення корисної моделі наведено наступні приклади, що стосуються дослідження властивостей запропонованого матеріалу з фазовим складом: 95 мас. 9о Ті2АІС, 5 мас. 90 ТІС, на який нанесений шар срібла товщиною 0,25 мкм.
Приклад 1 базується на результатах випробувань матеріалів на жаростійкість.
Випробування, які складались з чотирьох етапів тривалістю по 250 год., проводили на зразках з бо розмірами 5х5х8 мм, виготовлених із запропонованого і відомих матеріалів. Зразки попередньо зважували на аналітичних вагах ВЛА-200г-М і заміряли лінійні розміри за допомогою мікрометра
МК-25. На кожному етапі зразки поміщали у піч електроопору, у якій забезпечується вільний доступ повітря у зону нагрівання, і нагрівали до 600 "С, що відповідає умовам експлуатації з'єднувальних елементів ПК. Після витримування впродовж 250 год. зразки охолоджували до кімнатної температури разом з піччю, повторно зважували і заміряли. Потім зразки знову поміщали у піч для проведення наступного етапу випробувань. Загальна тривалість випробування становила 1000 год. Жаростійкість досліджуваних сплавів оцінювали за приростом маси на одиницю площі поверхні зразка Дт/5 на кожному етапі випробування.
Приріст маси Дт визначали за формулою: Дт-т-то, де т - маса зразка на етапі випробування; то - початкова маса зразка. На підставі отриманих результатів будували залежність, представлену на фіг. 1.
Аналіз залежності, отриманої для запропонованого матеріалу (крива 1), показав, що він має високу жаростійкість (Дт/520,1 мг/см), а срібне покриття сприяє її підвищенню (крива 1 проти кривої 2).
Для порівняння на фіг. 1 представлено аналогічні залежності для відомого композита на основі МАХ-фази ТізАїІС» (крива 3) і відомої сталі Стоїтег РИ (крива 4). Видно, що жаростійкість композита на основі МАХ-фази ТізАІС2 значно гірша (крива З проти кривої 1). Для сталі Стгоїег
СРИ спостерігається залежність приросту величини Дт/5 від часу витримки, якісно подібна до встановленої для запропонованого шаруватого матеріалу. Але кількісно вони відрізняються і величина Дт/5 після витримки 1000 год., яку при оцінюванні властивостей матеріалів ПК приймають як базову |З, 6), у запропонованому шаруватому матеріалі є найнижчою, що свідчить про вищу жаростійкість запропонованого матеріалу порівняно з відомими.
Приклад 2 базується на результатах визначення питомої електропровідності о зразків з розмірами 5х5х8 мм, виготовлених із запропонованого і відомих матеріалів. Вимірювання проводили за відомою 4-х точковою схемою зондовим приладом С2080.1С (за віддалі 1,3 мм між точками на поверхні зразка) на кожному з чотирьох етапів тривалістю по 250 год., аналогічних до випробувань на жаростійкість, коли загальна тривалість випробування становила 1000 год. На підставі отриманих результатів будували залежність, представлену на
Фіг. 2.
Зо Аналіз отриманих результатів показав, що питома електропровідність запропонованого матеріалу після витримки 1000 год. при 600 "С залишається високою (лінія 1) і відповідає діапазону для провідників. У той же час матеріал без срібного покриття (лінія 2) і сталь Сгоїег (лінія 4) стають напівпровідниками, а композит на основі МАХ-фази ТізАІСо (лінія 3) - ізолятором, що не задовольняє вимоги до матеріалів для з'єднувальних елементів паливних комірок.
Таким чином, запропонований матеріал з фазовим складом: 95 мас. 9о Тіг2АЇІС, 5 мас. 9о ТІС, на поверхню якого нанесений шар срібла товщиною 0,25 мкм, порівняно з відомим композитом на основі МАХ-фази ТізАІСо» і відомою сталлю Сгоїег має вищу жаростійкість та питому електропровідність після витримки 1000 год. при температурі 600 С у повітрі і може бути використаний як їх замінник для виготовлення з'єднувальних елементів твердооксидних паливних комірок.
Використання запропонованого матеріалу сприятиме забезпеченню стабільної роботи та підвищенню довговічності паливної комірки.
Джерела інформації: 1. Міпсеміс: К.С., Соорег уУ.5. Тахопотієв ої БОЕС таїегіа! апа тапитасіигіпу апегпаїїмез // у. ої Ромжег 5ойцгсев. - 2005. - 140. - Р. 280-296. 2. Вазійда5 О.М. Нідн їіетрегайшге соїтовзіоп ої теїаїс іпівтсоппесів іп зоїїй охіде Ме! сеїЇв //
Вемівіа де теїапшгадіа. - 2006. - 42(6). - Р. 425-443. 3. Нідп тїетрегаште зоїїа охіде Те! сев: ппдатепіа!5, дезідп апа арріїсайопз / едітєд Бу 5.0.
Біпопаї апа К. Кепааї| // ЕІвемієї Адмапсед Тесппоіоду, Те Вошемага, І апдіога ГІ апе, Кіаїїпоюп
Охтога охХ5 ІВ, ОК, 2003. - 406 р. 4. Патент України на винахід Мо 111082. Матеріал для виготовлення з'єднувальних елементів твердооксидних паливних комірок / О.П. Осташ, Т.О. Пріхна, А.Д. Івасишин та ін. -
Заявл. 25.03.2016; Бюл. Мо 6. 5. ШІ О.А. апа Ргорпеї Н. "АМАЄ Тнпептоспетіса! Табіе5, М5НОБ-МВ5 37, О.5. Оері. ої
Соттегсе, Маїйопа! Витєаи ої тапаагав, 1971. 6. Охідайоп-іпаисеа сгаскК пеаїїпод іп ТізАІС» сегатісв / С.М. 5опо, У.Т. Реї, М.С. БІоої евї аї. //
Зсгіріа Маїег. - 2008. - 58. - Р. 13-16. (516)
Claims (1)
- ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Матеріал для виготовлення з'єднувальних елементів твердооксидних паливних комірок, що містить жаростійку композитну основу з МАХ-фази титану, отриманий спіканням суміші порошків ТІС, ТіН» і АЇ у вакуумі і пресуванням у повітрі, який відрізняється тим, що має фазовий склад: 95 мас. 95 Ті2АІС, 5 мас. 95 ТіС і поверхневий шар срібла товщиною 0,25 мкм. й у ДУМУ УК У У т що ; й Е Мод ше вай і я Доу і - і Н ! ші, З ' з ЕЙ нку ККАннк тет веттостотттестотттятсснн ве | і ра 7 дин с о ха. в ше а й це х Е - і . А ран і ди Я і і і Ку ке ши х дж АК ЇЇ ря ди ІН и і СМ А АІ. 25 З КА 1000 Її, ГОДФіг.1 онннн во по ов ооо про ово З їх Й а | уПд. І М а : а у. ФА нин а | Шо Ж-. бек, й но Ск й ккд Ка : їй " 16 | п ЕД, : д ГК ож В Й ше ен М ШЕ. Са щ ! - Те Б.В Кг; в ее м | ш-- Шо 7 в ши щшнше: Ї : з КК ЩО р а а А В и В в и и І НУ б й 500 ТМ 1000 тодФіг.2
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU201904107U UA137888U (uk) | 2019-04-18 | 2019-04-18 | Матеріал для виготовлення з'єднувальних елементів твердооксидних паливних комірок |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU201904107U UA137888U (uk) | 2019-04-18 | 2019-04-18 | Матеріал для виготовлення з'єднувальних елементів твердооксидних паливних комірок |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA137888U true UA137888U (uk) | 2019-11-11 |
Family
ID=71112819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAU201904107U UA137888U (uk) | 2019-04-18 | 2019-04-18 | Матеріал для виготовлення з'єднувальних елементів твердооксидних паливних комірок |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA137888U (uk) |
-
2019
- 2019-04-18 UA UAU201904107U patent/UA137888U/uk unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Geng et al. | Evaluation of Haynes 242 alloy as SOFC interconnect material | |
| EP1976045B1 (en) | Cell for solid oxide fuel cell and process for producing the same | |
| JP5376605B2 (ja) | 燃料電池及びこれを用いた発電方法 | |
| Brady et al. | Pre-oxidized and nitrided stainless steel alloy foil for proton exchange membrane fuel cell bipolar plates: Part 1. Corrosion, interfacial contact resistance, and surface structure | |
| Geng et al. | A low-Cr metallic interconnect for intermediate-temperature solid oxide fuel cells | |
| Guan et al. | Investigation of impactors on cell degradation inside planar SOFC stacks | |
| Öztürk et al. | Oxidation, electrical and mechanical properties of Crofer® 22 solid oxide fuel cell metallic interconnects manufactured through powder metallurgy | |
| JP5306631B2 (ja) | 固体酸化物型燃料電池その他の高温用途向けのフェライト鋼 | |
| JP2012119126A (ja) | 固体酸化物燃料電池 | |
| Zhu et al. | Evaluation of binary Fe–Ni alloys as intermediate-temperature SOFC interconnect | |
| UA137888U (uk) | Матеріал для виготовлення з'єднувальних елементів твердооксидних паливних комірок | |
| Parkash et al. | Electrical conduction behaviour of cobalt substituted BaSnO3 | |
| You et al. | Oxidation behavior of NiFe 2 O 4 spinel-coated interconnects in wet air | |
| JPH11219713A (ja) | 低温型燃料電池用セパレータ | |
| US5639572A (en) | Interconnector material for electrochemical cells | |
| Shong et al. | Evaluation of Ag–NiO mixture as a cathode contact material for solid oxide fuel cell applications | |
| JPH08162120A (ja) | 固体電解質型電気化学セル | |
| Guo et al. | Chemical compatibility of Al2O3-added glass sealant with bare and coated interconnect in oxidizing and reducing environments | |
| US3522103A (en) | Process for the densification of mixed nickel oxide and stabilized zirconia | |
| JP2015122303A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用金属部材 | |
| KR101821805B1 (ko) | 연료전지의 금속 분리판의 제조방법 및 이에 따라 제조된 금속 분리판 | |
| Lee | Electrochemical properties of NiO-YSZ thin films on 316 stainless steel bipolar plates under a simulated PEMFC environment | |
| Gross‐Barsnick et al. | Interaction of a Barium‐Calcium‐Silicate Glass Composite Sealant with Sanergy HT 441 | |
| Jasinski et al. | Metal Supported Solid Oxide Fuel Cells-Selected Aspects | |
| US20070122304A1 (en) | Alloys for intermediate temperature applications, methods for maufacturing thereof and articles comprising the same |