WO2022039347A1 - 고체산화물 연료전지 hot-bop에 적용되는 복합 코팅층 - Google Patents

고체산화물 연료전지 hot-bop에 적용되는 복합 코팅층 Download PDF

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정우철
김진욱
오동환
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한국과학기술원
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Definitions

  • the present invention relates to a composite coating layer applied to a solid oxide fuel cell Hot-BOP.
  • SOFCs Solid oxide fuel cells
  • SOFC's system is mainly composed of two parts. It is divided into a member and a stack, and the member consists of a part exposed to high temperatures and a part not. At this time, it is experiencing great difficulties in commercialization due to deterioration of stack performance due to by-products generated from gas piping components exposed to high temperature environments, that is, hot BOP.
  • BOP mainly uses SUS parts containing chromium and iron.
  • chromium is included, chromium is volatilized from the BOP and adsorbed to the surface of the SOFC cell when high-pressure gas is introduced in a high-temperature environment. This leads to chromium poisoning at the cathode, blocking the catalytic reaction site on the electrode surface, or reacting with the perovskite structure electrode to form a non-conductive secondary phase, thereby accelerating the performance degradation of the electrode.
  • wet powder spraying is a simple technology that applies a coating layer to the surface by mixing and spraying a coating material, binder, and solvent.
  • wet powder spraying has disadvantages in that the amount of material used for introducing the coating layer is high and it is difficult to control the uniformity and quantitative control of the coating layer.
  • the present inventors studied various examples of coating layers and their methods to suppress the chromium volatilization of BOP. As will be described later, a plating method that allows uniform deposition on a three-dimensional structure in a small amount in a short time was used. The present invention was completed by confirming that a nickel layer and a lanthanum oxide layer were sequentially coated on the surface of the SUS pipe to effectively suppress chromium volatilization.
  • An object of the present invention is to provide a composite coating layer applied to a solid oxide fuel cell member.
  • the present invention is to provide a hot-BOP of the solid oxide fuel cell coated with the composite coating layer.
  • the present invention provides a composite coating layer applied to a solid oxide fuel cell member, wherein the composite coating layer includes a nickel layer covering at least a portion of a surface of the solid oxide fuel cell member, and a surface of the nickel layer It provides a composite coating layer comprising a lanthanum oxide layer covering at least a portion of the.
  • the present invention provides a composite coating layer for covering the solid oxide fuel cell member, and the composite coating layer according to the present invention suppresses volatilization of chromium present in the solid oxide fuel cell member even under high temperature and long-term conditions. do it with
  • the solid oxide fuel cell member means a hot BOP among the stacks and BOPs constituting the solid oxide fuel cell, that is, a gas pipe exposed to a high-temperature environment, preferably a metal material containing a chromium component. means absence. Also preferably, the solid oxide fuel cell member means a member of peripheral auxiliary devices of the solid oxide fuel cell.
  • the composite coating layer according to the present invention includes a nickel layer and a lanthanum oxide layer, wherein the nickel layer covers at least a portion of the surface of the solid oxide fuel cell member.
  • 'covering at least a part' means that all or part of the composite coating layer is formed on the solid oxide fuel cell member so that all or part of the surface of the solid oxide fuel cell member is not directly exposed to the outside. means not
  • the nickel layer not only effectively covers the surface of the solid oxide fuel cell member, but also effectively coats the lanthanum oxide layer on the nickel layer, resulting in a uniform lanthanum oxide layer.
  • the nickel layer means that it is composed of only nickel element, and specifically, in consideration of the purity and/or the error range, the nickel layer is 99.0 wt% or more, 99.1 wt% or more, 99.2 wt% or more, 99.3 wt% or more, based on the total weight , 99.4 wt% or more, 99.5 wt% or more, 99.6 wt% or more, 99.7 wt% or more, 99.8 wt% or more, or 99.9 wt% or more of nickel.
  • the thickness of the nickel layer is 50 nm to 200 nm.
  • the coating method of the nickel layer is not particularly limited, but as an example, an electric vapor deposition method, an electroless plating method, etc. may be used.
  • the lanthanum oxide layer covers at least a part of the surface of the nickel layer coated on the surface of the solid oxide fuel cell member, and prevents chromium from being volatilized from the solid oxide fuel cell member together with the nickel layer.
  • the volatilization of chromium can be suppressed to some extent, but when the nickel layer and the lanthanum oxide layer are coated together, the volatilization of chromium can be further suppressed.
  • the lanthanum oxide layer is coated on the surface of the solid oxide fuel cell member via the nickel layer, a more uniform lanthanum oxide layer is coated to further suppress volatilization of chromium.
  • the lanthanum oxide of the lanthanum oxide layer is La 2 O 3 .
  • the lanthanum oxide layer means that it consists of only lanthanum oxide, and specifically, in consideration of the purity and/or the error range, the lanthanum oxide layer contains 99.0 wt% or more, 99.1 wt% or more, 99.2 wt% or more, 99.3 wt% or more, based on the total weight. wt% or more, 99.4 wt% or more, 99.5 wt% or more, 99.6 wt% or more, 99.7 wt% or more, 99.8 wt% or more, or 99.9 wt% or more of lanthanum oxide.
  • the thickness of the lanthanum oxide layer is 100 nm to 10,000 nm.
  • the coating method of the lanthanum oxide layer is not particularly limited, but for example, an electric vapor deposition method, sputtering, pulse laser deposition, screen printing, etc. may be used.
  • a lanthanum precursor may be used to coat the lanthanum oxide layer, and examples of the lanthanum precursor include lanthanum nitrate (preferably La(NO 3 ) 3 ) , lanthanum hydrochloride ( Preferably, La(Cl) 3 ) and the like may be used.
  • the present invention provides a solid oxide fuel cell member coated with the composite coating layer.
  • the solid oxide fuel cell member according to the present invention may be a solid oxide fuel cell member commonly used in the art to which the present invention pertains, except that the composite coating layer according to the present invention is coated.
  • the solid oxide fuel cell member is a member of a metal material containing chromium.
  • the solid oxide fuel cell member is the member of the peripheral auxiliary device of the solid oxide fuel cell.
  • the composite coating layer applied to the solid oxide fuel cell member according to the present invention comprises a nickel layer covering at least a portion of the surface of the solid oxide fuel cell member, and a lanthanum oxide layer covering at least a portion of the surface of the nickel layer.
  • Example 1 shows the visual observation results of Quartz Wool for the degree of chromium volatilization of the cylindrical SUS of Example 1 of the present invention.
  • Figure 2 shows the visual observation results of Quartz Wool for the degree of chromium volatilization of the cylindrical SUS of Comparative Example 1 of the present invention.
  • a coating layer was formed on SUS 430 used for manufacturing a stack of a solid oxide fuel cell in the following manner.
  • Cylindrical SUS (3/4 inch diameter) was polished using #320 light sandpaper. Then, the surface treatment was performed by exposing the cylindrical SUS to an aqueous hydrofluoric acid (HF) solution diluted to a concentration of 1% for 4 hours.
  • HF hydrofluoric acid
  • the Ni coating layer was introduced through the electroplating method. Specifically, boric acid was dissolved in 1 M nickel sulfate and 0.2 M nickel chloride aqueous solution, and the pH was adjusted to about 4.0.
  • the cylindrical SUS treated in step 1 was put as an anode, and a current of 5.4 A/dm 2 was applied to the cylindrical SUS at 50° C.
  • nickel electroplating was performed by placing the anode with nickel. After electroplating, the cylindrical SUS was completely dried.
  • step 2 the cylindrical SUS treated in step 2 was immersed in 1 M La Nitrate aqueous solution, and then a voltage was applied. Specifically, deposition was carried out under deposition conditions of -1.1 V, total deposition charge of 4.0 C, and about 20 minutes, and it was confirmed that a stable La 2 O 3 oxide was coated on the surface. All deposition processes were performed at room temperature (23° C.) and atmospheric pressure (1 atm).
  • a coating layer was formed in the same manner except for introducing a Ni coating layer in Example 1, which was referred to as Comparative Example 1.
  • a cylindrical SUS was placed in the middle of the quartz tube, and one end was filled with Quartz Wool to collect the Cr component volatilized from the SUS.
  • the prepared tube was loaded into the furnace, and chromium vapor was generated by exposing it to a deteriorated environment for 200 hours while flowing 5000 sccm air at 850 ° C., and then condensed and collected in Quartz wool at low temperature (15 ° C., cooling water circulation).
  • the collection was confirmed qualitatively by the color that appears due to chromium volatilization, and the content of the collected chromium component through ICP-MS analysis was quantitatively analyzed according to the type and presence of the coating layer.
  • each Quartz Wool was visually observed as shown in FIG. 1 .
  • FIG. 1 in Comparative Example 2, it was confirmed that green chromium powder was collected, whereas in Examples and Comparative Example 1, chromium volatilization was suppressed from cylindrical SUS.
  • Example 1 the amount of volatilized chromium in Example 1 and Comparative Example 1 was confirmed by ICP-MS analysis, and the results were calculated by the following formula and are shown in Table 1 below. In the following formula, the control group was based on Comparative Example 2.
  • the composite coating layer of the cylindrical SUS prepared in Example 1 was observed as follows.
  • the cylindrical SUS was observed by SEM-Energy Dispersive Spectroscopy. Specifically, when an electron beam is scanned into the cylindrical SUS, the excited electrons in the element of the specimen are stabilized and a specific X-ray is emitted. Accordingly, as shown in (2), (3), (5), and (6) of FIG. 4 , only emission X-rays of specific elements were analyzed for each element (Fe, La, Ni, Cr), and the results are respectively shown.
  • (3) of FIG. 4 shows the distribution of all elements together, and the distribution of each element can be confirmed by comparing it with (1) of FIG. 4 .

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Abstract

본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 부재에 적용되는 복합 코팅층은, 고체산화물 연료전지 부재의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 니켈층, 및 상기 니켈층의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 산화란타넘층을 포함함으로써, 고온 및 장시간의 조건에서도 고체산화물 연료전지 부재로부터 크롬이 휘발되는 것을 억제할 수 있는 효과가 있다.

Description

고체산화물 연료전지 HOT-BOP에 적용되는 복합 코팅층
본 발명은 고체산화물 연료전지 Hot-BOP에 적용되는 복합 코팅층에 관한 것이다.
고체 산화물 연료전지(SOFC)는 친환경이면서 동시에 고효율의 에너지 생산 방법으로 많은 주목을 받고 있다. SOFC의 시스템은 크게 두 가지로 구성되어 있다. 이는 부재와 Stack으로 나뉘어지며, 부재는 고온에 노출되는 부분과 그렇지 않은 부분으로 구성된다. 이때 고온 환경에 노출되는 가스 배관 부품들 즉, Hot BOP에서 발생하는 부산물로 인한 Stack 성능의 열화로 인해 상용화에 큰 어려움을 겪고 있다.
BOP는 주로 크롬 및 철이 함유된 SUS 부품을 사용한다. 크롬을 포함하는 경우 고온 환경에서 고압의 가스가 유입될 때 BOP로부터 크롬이 휘발되어 SOFC 셀 표면에 흡착된다. 이는 공기극에서 크롬 피독으로 이어져 전극 표면의 촉매 반응 자리를 막거나, 페로브스카이트 구조 전극과 반응하여 비전도성의 이차상 등의 형성을 일으켜 전극의 성능 열화를 가속화하는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해서, BOP 표면 코팅을 통하여 고온 및 장시간의 조건에서도 BOP에서 크롬이 휘발되는 현상을 억제하여야 한다. 현재 다양한 방법으로 BOP 표면 코팅을 통한 크롬 휘발 억제 기술이 연구되고 있으며, 크롬 휘발을 억제하는 효과적인 기술로서 Wet powder spraying 기술이 보고된 바 있다.
Wet powder spraying은, 코팅 물질과 바인더, 용매등을 섞은 후 뿌려, 표면에 코팅층을 도포하는 간단한 기술로, 편리하고 산업적으로 대량의 코팅층을 제작하는데 큰 장점을 가지는 기술이다. 그러나, Wet powder spraying은 코팅층 도입을 위한 소재의 사용량이 많고 코팅층의 균일성과 정량적 제어가 어렵다는 단점이 있다.
이에 본 발명자들은 BOP의 크롬 휘발 현상을 억제하기 위하여 다양한 코팅층의 예와 그 방법을 연구한 결과, 후술할 바와 같이 빠른 시간에 적은 양으로 입체 구조체에 균일하게 증착이 가능한 도금법을 사용하였다. SUS 배관 표면에 니켈층과 산화란타넘층을 차례로 코팅하고 크롬 휘발 현상을 효과적으로 억제함을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 고체산화물 연료전지 부재에 적용되는 복합 코팅층을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 복합 코팅층이 코팅된 고체산화물 연료전지의 Hot- BOP를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고체산화물 연료전지 부재에 적용되는 복합 코팅층에 있어서, 상기 복합 코팅층은 상기 고체산화물 연료전지 부재의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 니켈층, 및 상기 니켈층의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 산화란타넘층을 포함하는, 복합 코팅층을 제공한다.
고체산화물 연료전지는 고온에서 장시간 작동하므로, 종래에는 각종 부재의 소재로 세라믹을 사용하였으나, 최근에는 가공성 및 경제성을 고려하여 금속 소재를 주로 사용한다. 특히, 이러한 금속 소재의 특성을 향상시키기 위하여 합금 원소 중 하나로 크롬이 사용되고 있으며, 대표적으로 SUS 430강으로 대표되는 페라이트계 스테인리스강이 사용되고 있다.
그러나, 크롬은 고온에서 휘발되어 고체산화물 연료전지의 셀 표면에 흡착되는 크롬 피독 현상이 발생하는 문제가 있다. 통상 부재라고 불리는 고체산화물 연료 전지의 구성 요소인, 가스 배관과 같은 주변 기기는 주로 각 전극에 공급되는 가스의 혼합을 방지하기 위해 사용되는데, 고온의 가스가 부재와 직접적으로 접촉하므로 크롬 휘발이 더욱 문제된다.
이에 본 발명은 고체산화물 연료전지 부재를 피복하기 위한 복합 코팅층을 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 복합 코팅층에 의하여 고온 및 장시간의 조건에서도 고체산화물 연료전지 부재에 존재하는 크롬의 휘발을 억제하는 것을 특징으로 한다.
이러한 관점에서, 상기 고체산화물 연료전지 부재란, 고체산화물 연료전지를 구성하는 Stack과 BOP 중에서도 Hot BOP, 즉 고온 환경에 노출되는 가스 배관을 의미하는 것으로, 바람직하게는 크롬 성분을 포함하는 금속 소재의 부재를 의미한다. 또한 바람직하게는, 상기 고체산화물 연료전지 부재란 고체산화물 연료 전지의 주변 보조기기의 부재를 의미한다.
본 발명에 따른 복합 코팅층은 니켈층과 산화란타넘층을 포함하는 것으로, 상기 니켈층은 상기 고체산화물 연료전지 부재의 표면 중 적어도 일부를 피복한다.
본 발명에서 '적어도 일부를 피복'한다는 의미는, 상기 복합 코팅층의 전부 또는 일부가 상기 고체산화물 연료전지 부재 상에 형성되어 상기 고체산화물 연료전지 부재의 표면의 전부 또는 일부가 외부에 직접적으로 노출되지 않는 것을 의미한다.
상기 니켈층은 상기 고체산화물 연료전지 부재의 표면을 효과적으로 피복할 뿐만 아니라, 상기 산화란타넘층이 니켈층 상에 효과적으로 피복하게 하여 결과적으로 균일한 산화란타넘층이 피복되게 한다.
상기 니켈층은 니켈 원소만으로 구성되는 것을 의미하며, 구체적으로 순도 및/또는 오차 범위를 고려하여 상기 니켈층은 총 중량 대비 99.0 wt% 이상, 99.1 wt% 이상, 99.2 wt% 이상, 99.3 wt% 이상, 99.4 wt% 이상, 99.5 wt% 이상, 99.6 wt% 이상, 99.7 wt% 이상, 99.8 wt% 이상, 또는 99.9 wt% 이상의 니켈을 포함하는 것을 의미한다.
바람직하게는, 상기 니켈층의 두께는 50 nm 내지 200 nm이다.
한편, 상기 니켈층의 피복 방법은 특별히 제한되지 않으나 일례로 전기 증착법, 무전해도금법 등을 사용할 수 있다.
상기 산화란타넘층은 상기 고체산화물 연료전지 부재의 표면에 피복된 니켈층의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 것으로, 니켈층과 함께 상기 고체산화물 연료전지 부재로부터 크롬이 휘발되는 것을 억제한다.
후술할 실시예 및 비교예와 같이, 산화란타넘층만 피복된 경우에도 어느 정도 크롬의 휘발을 억제할 수 있으나, 니켈층과 산화란타넘층이 함께 피복된 경우 크롬의 휘발을 더욱 억제할 수 있다. 이는 이론적으로 제한되는 것은 아니나, 니켈층을 매개로 산화란타넘층이 고체산화물 연료전지 부재의 표면에 피복되는 경우, 보다 균일한 산화란타넘층이 피복되어 크롬의 휘발을 더욱 억제할 수 있다.
바람직하게는, 상기 산화란타넘층의 산화란타넘은 La2O3이다.
상기 산화란타넘층은 산화란타넘만으로 구성되는 것을 의미하며, 구체적으로 순도 및/또는 오차 범위를 고려하여 상기 산화란타넘층은 총 중량 대비 99.0 wt% 이상, 99.1 wt% 이상, 99.2 wt% 이상, 99.3 wt% 이상, 99.4 wt% 이상, 99.5 wt% 이상, 99.6 wt% 이상, 99.7 wt% 이상, 99.8 wt% 이상, 또는 99.9 wt% 이상의 산화란타넘을 포함하는 것을 의미한다.
바람직하게는, 상기 산화란타넘층의 두께는 100 nm 내지 10,000 nm이다.
한편, 상기 산화란타넘층의 피복 방법은 특별히 제한되지 않으나 일례로 전기 증착법, 스퍼터, 펄스 레이져 증착법, 스크린 프린팅 등을 사용할 수 있다. 전기 증착법을 사용하는 경우에는, 란타넘 전구체를 사용하여 산화란타넘층을 피복할 수 있으며, 란타넘 전구체로 예시로는 란타넘 질산염(바람직하게는, La(NO3)3), 란타넘 염산염(바람직하게는, La(Cl)3) 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 복합 코팅층이 코팅된 고체산화물 연료전지 부재를 제공한다.
본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 부재는, 본 발명에 따른 복합 코팅층이 코팅되어 있다는 점을 제외하면, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 고체산화물 연료전지 부재를 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 코팅층은 크롬의 휘발을 억제하는 효과가 있으므로, 바람직하게는 상기 고체산화물 연료전지 부재는 크롬을 포함하는 금속 소재의 부재이다.
또한, 고체산화물 연료전지 부재 중 고온의 가스가 고체산화물 연료 전지의 주변 보조기기의 부재와 직접적으로 접촉하므로, 바람직하게는 상기 고체산화물 연료전지 부재는 고체산화물 연료 전지의 주변 보조기기의 부재이다.
본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 부재에 적용되는 복합 코팅층은, 고체산화물 연료전지 부재의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 니켈층, 및 상기 니켈층의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 산화란타넘층을 포함함으로써, 고온 및 장시간의 조건에서도 고체산화물 연료전지 부재로부터 크롬이 휘발되는 것을 억제할 수 있는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1의 원통형 SUS의 크롬 휘발 정도에 대한 Quartz Wool의 육안 관찰 결과를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 비교예 1의 원통형 SUS의 크롬 휘발 정도에 대한 Quartz Wool의 육안 관찰 결과를 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 비교예 2의 원통형 SUS의 크롬 휘발 정도에 대한 Quartz Wool의 육안 관찰 결과를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 1의 원통형 SUS의 미세구조 형상 및 EDS 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예에 대해 상세히 설명한다. 이들 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
고체 산화물 연료전지의 스택 제조에 사용되는 SUS 430에 이하와 같은 방법으로 코팅층을 형성하였다.
단계 1) 표면 처리
원통형 SUS(직경 3/4 인치)을 #320의 가벼운 사포를 이용하여 연마하였다. 이어, 상기 원통형 SUS를 1% 농도로 희석된 불산(HF) 수용액에 4시간 동안 노출시켜 표면 처리를 진행하였다.
단계 2) 니켈층 형성
이어, Ni 코팅층을 전기 도금법을 통해 도입하였다. 구체적으로, 1 M 황산 니켈, 0.2 M 염화 니켈 수용액에 붕산을 녹여, pH를 약 4.0으로 조절하였다. 여기에 상기 단계 1에서 처리한 원통형 SUS를 음극으로서 넣고, 50℃에서 원통형 SUS에 5.4 A/dm2의 전류를 가하였으며, 이 때 양극은 니켈로 두어 니켈 전기 도금을 진행하였다. 전기 도금 이후 원통형 SUS를 완전 건조하였다.
단계 3) 산화란타넘층 형성
이어, 상기 단계 2에서 처리한 원통형 SUS를 1 M의 La Nitrate 수용액에 담근 후, 전압을 인가하였다. 구체적으로, -1.1 V, 총 증착 전하량 4.0 C, 약 20분의 증착 조건을 통해 증착을 진행하였으며, 표면에 안정적인 La2O3 산화물이 코팅되었음을 확인하였다. 모든 증착 과정은 상온(23℃), 상압(1 atm)에서 수행하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 Ni 코팅층을 도입하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 코팅층을 형성하였으며, 이를 비교예 1로 하였다.
비교예 2
아무런 처리를 하지 않은 원통형 SUS를 비교예 2로 하였다.
실험예 1: 크롬 휘발 억제 성능 평가
상기 제조한 원통형 SUS를 이용하여 이하와 같이 크롬 휘발 정도를 평가하였다.
구체적으로, 원통형 SUS를 쿼츠 튜브 중간에 넣고 한쪽 끝부분에는 SUS로부터 휘발되는 Cr 성분을 포집할 수 있도록 Quartz Wool을 채워 넣었다. 준비된 튜브를 퍼니스에 로딩하고, 850℃의 5000 sccm air를 흘리며 200시간 동안 열화 환경에 노출시켜 크롬 증기를 발생시킨 후, 저온(15℃, 냉각수 순환)의 Quartz wool에 응축시켜 포집하였다.
크롬 휘발로 인해 나타나는 색을 통해서 포집 여부를 정성적으로 확인하였으며, ICP-MS 분석을 통하여 포집된 크롬 성분의 함량을 코팅층의 종류 및 유무에 따라 정량적으로 분석하였다.
먼저, 도 1과 같이 각 Quartz Wool을 육안으로 관찰하였다. 도 1에 나타난 바와 같이, 비교예 2는 초록색의 크롬 파우더가 포집된 것을 확인할 수 있었으며, 반면 실시예와 비교예 1은 원통형 SUS로부터 크롬 휘발이 억제되었음을 알 수 있다.
이어, 보다 정확한 비교를 위하여, 실시예 1과 비교예 1의 휘발된 크롬 양을 ICP-MS 분석으로 확인하였으며, 이하의 식으로 계산하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이하의 식에서 대조군은 비교예 2를 기준으로 하였다.
Figure PCTKR2021004847-appb-I000001
크롬 휘발 저감률 (%)
실시예 1 95.50%
비교예 1 53.91%
상기 표 1에 나타난 바와 같이, La2O3 코팅층만 존재할 경우 53.91%의 크롬 휘발이 저감되었으나, 추가적인 Ni 코팅층이 도입될 경우 95.50%의 높은 크롬 휘발 저감률을 나타냄을 확인할 수 있었다. 따라서, Ni 코팅층 위에 La2O3가 코팅된 경우 가장 균일한 산화물 코팅층이 도입되어 크롬 휘발을 효과적으로 억제함을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 복합 코팅층 관찰
상기 실시예 1에서 제조한 원통형 SUS의 복합 코팅층을 이하와 같이 관찰하였다.
먼저, 상기 원통형 SUS의 단면을 SEM으로 관찰하여, 그 결과를 도 4의 (1)에 나타내었다. 도 4의 (1)에 나타난 바와 같이, SUS 상에 증착된 여러 코팅층의 존재 및 각 두께를 확인할 수 있다.
또한, 상기 원통형 SUS를 SEM-Energy Dispersive Spectroscopy로 관찰하였다. 구체적으로, 원통형 SUS에 전자빔을 주사하면, 시편의 원소 내의 들뜬 전자가 안정화되며 특정한 X-ray를 방출하는데, 이때 원소마다 방출되는 고유 X-ray energy가 다르기 때문에 이 값으로 성분 분석이 가능하다. 이에 도 4의 (2), (3), (5), (6)과 같이 각 원소(Fe, La, Ni, Cr)별로 특정 원소의 방출 X-ray만 분석하여 그 결과를 각각 나타내었다.
예를 들어, Fe는 노란색으로 기판 아래 부분에 위치하고 있으며, La는 붉은색으로 기판 윗부분에 위치하여 코팅되었음을 확인할 수 있다. 또한, 도 4의 (3)은 모든 원소의 분포를 함께 표현한 것으로, 도 4의 (1)과 함께 비교하여 각 원소의 분포를 확인할 수 있다.

Claims (10)

  1. 고체산화물 연료전지 부재에 적용되는 복합 코팅층에 있어서,
    상기 복합 코팅층은, 상기 고체산화물 연료전지 부재의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 니켈층, 및 상기 니켈층의 표면 중 적어도 일부를 피복하는 산화란타넘 층을 포함하는,
    복합 코팅층.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고체산화물 연료전지 부재는 크롬을 포함하는 금속 소재의 부재인,
    복합 코팅층.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 니켈층은, 상기 니켈층 총 중량 대비 99.0 wt% 이상의 니켈을 포함하는,
    복합 코팅층.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 니켈층의 두께는 50 nm 내지 200 nm인,
    복합 코팅층.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산화란타넘층의 산화란타넘은 La2O3인,
    복합 코팅층.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산화란타넘층은, 상기 산화란타넘층 총 중량 대비 99.0 wt% 이상의 산화란타넘을 포함하는,
    복합 코팅층.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산화란타넘층의 두께는 100 nm 내지 10,000 nm인,
    복합 코팅층.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 복합 코팅층이 코팅된, 고체산화물 연료전지 부재.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고체산화물 연료전지 부재는 크롬을 포함하는 금속 소재의 부재인,
    고체산화물 연료전지 부재.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 고체산화물 연료전지 부재는 고체산화물 연료 전지의 주변 보조기기의 부재인,
    고체산화물 연료전지 부재.
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