用于ＳＯＦＣ互连件的保护性氧化物涂层制造技术

本发明专利技术涉及稠密并且粘合性良好的尖晶石涂层，如ＣｕＭｎ１．８Ｏ４，当通过电泳沉积将其沉积在不锈钢衬底上时，在升温的条件下，对比未涂覆的不锈钢，其显著地降低被涂覆的不锈钢的氧化速率。所述的保护性氧化物尖晶石涂层用于制备在８００℃下具有长期稳定性的固体氧化物燃料电池互连件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于SOFC互连件的保护性氧化物涂层 交叉引用 本申请要求于2007年8月2日提交的、名称为"PROTECTIVE OXIDECOATINGS FOR SOFC INTERCONNECTIONS"的美国临时申请Ser. No. 60/963， 042的优先权，在此将其援引加 入本文。
技术介绍
由于高能量转换效率、低污染排放和高燃料适应性(flexibility),固体氧化 物燃料电池(SOFCs)已经获得众多关注。近来对SOFCs的研究旨在将工作温度降低至 650-850°C。这将使应用抗氧化合金取代在高温( IOO(TC )SOFC堆中使用的传统陶瓷互 连材料成为可能。金属互连件具有许多益处，其包括低材料成本、极佳的机械性能、高 导热性和能够升级(scalable)至较大区域的易于制造过程。但是，它们的使用寿命受限于 在其表面所形成的氧化物皮(scale)的导电性，所述的氧化物皮典型地是&203 (氧化络)。 氧化铬是电绝缘的，产生更高的对燃料电池性能有害的接触电阻。此外，依赖于温度以及 H20和02的分压，挥发性的Cr类物质可从所述的Cr203皮中释放。已知在SOFC阴极上 的所述挥发性铬类物质，尤其是002(011)2的存在，造成阴极和/或阴极/电解质界面的快 速中毒，并造成性能下降。 所述的互连件是燃料电池堆的必要元件，并且互连件将电池的阳极与相邻电池的 阴极相连接。所述的互连件经受了 600-80(TC范围的高温，即在阴极面氧化性很强的条件， 并且在阳极面还原性很强的条件的苛刻环境。目前将铬和镍基合金用作互连材料，但是特 别是在阴极面上，在这些条件下它们形成导电性差的氧化物皮。先前所建议的保护涂层包 括导电性钙钛矿组合物，如Sr掺杂的亚锰酸镧、铁酸盐和亚铬酸盐的涂层，在SOFCs中所 述的组合物常常被用作阴极和互连材料。保护性尖晶石涂层也已得到研究。对于 不锈钢上尖晶石层的在先工作表明，(Mn， &)) 304尖晶石涂层可能是有希望的络迁移阻碍物 (barrier) 。在燃料电池工作温度下，铜_锰尖晶石表现出高导电性和匹配的热膨 胀系数。 因此，存在对导电的、并且还抑制氧化层成长的氧化物薄膜组合物的需求。 专利技术详述 本专利技术提供导电的保护性涂层，其通过在铁素体合金，如不锈钢上进行电泳沉积 而制备。所述的涂层包含尖晶石化合物，如Cu(x)Mn(y)O(z)，其中x = 1，1.6《y《2.4，并且 z = 4。在优选实施方案中，所述的保护性涂层包含CuMnu04。 本专利技术的另一方面是用于固体氧化物燃料电池的电互连装置。所述的互连装置包 括不锈钢衬底和沉积在所述衬底上的保护性氧化物涂层。所述的保护性涂层包含CuooMn(y) O(z)，其中x = 1，1.6《y《2.4，并且z = 4。在优选的实施方案中，所述的保护性涂层包 含CuMni.804，并且所述的不锈钢衬底是Crofer 22APU。 本专利技术的另一方面是在铁素体合金上沉积导电的保护性涂层的方法。所述的方法 包括提供铁素体合金衬底，其浸入于尖晶石化合物的液体悬浮液中。在优选的实施方案中，4所述的尖晶石化合物具有化学式Cu(x)Mn(y)O(z)，其中x = l，1.6《y《2.4，并且z二4。通 过在浸入于所述液体悬浮液的衬底和电极之间施加DC电压，将所述的尖晶石化合物电泳 沉积在所述的衬底上。所得经涂覆的衬底可被用作固体氧化物燃料电池的互连件。 附图简述 结合附图，本专利技术的其它特征和益处从以下优选实施方案的描述中，以及从权利 要求中将是明显的，在所述的附图中 附图说明图1A-1C是SOFC互连件的不同实施方案的截面图，所述的SOFC互连件具有根据 本专利技术所述的保护性氧化物涂层； 图2是对于根据本专利技术所述的保护性氧化物涂层制备工艺的示意图； 图3显示了电泳沉积的CuMni.804涂层在沉积时(谱线(trace) (a))，在空气中80(TC下经过100h退火后(谱线(b))，在空气中80(TC下经过200h退火后(谱线(c))，以及未经涂覆的Crofer 22APU不锈钢在空气中80(TC下经过200h等温氧化后(谱线(d))的X射线衍射研究结果； 图4A和4B显示了在Crofer 22APU不锈钢上的尖晶石涂层在低放大倍率(图4A) 和高放大倍率(图4B)下的扫描电子显微镜图(SEM); 图5A和5B显示了经过在800°C (图4A)和750°C (图4B)下的等温氧化，未涂覆 的(空心圆点)Crofer 22APU和涂覆有CuMni.804的相同材料(实心圆点)的增重; 图6A-6E显示了在800。C下经过120小时等温氧化后，未受保护的Crofer 22APU 的元素分布图；图6A是供参考的SEM图，而其余的图显示了 Fe(图6B) 、Cr(图6C) 、Mn(图 6D)和0(图6E)的分布； 图7A-7F显示了在80(TC下经过100小时退火后，CuMn1 804-保护的Crofer 22APU 的元素分布图；图7A是供参考的SEM图，而其余的图显示了 Fe(图7B)、Cr(图7C)、Cu(图 7D)、Mn(图7E)、0(图7F)的分布; 图8A-8F显示了图7中CuMr^. 804_保护的Crofer 22APU进一步地在800 °C下经过 120小时氧化后的元素分布图；图8A是供参考的SEM图，并且其余的图显示了 Fe(图8B)、 Cr(图8C)、Cu(图8D)、Mn(图8E)、0(图8F)的分布; 图9A和9B显示了在120h氧化后，在未受保护(图9A)和CuMni.804-保护(图9B) 的Crofer 22APU中氧化层的示意图；以及 图10显示了如已指出的未经处理或CuMriL 804_保护的在800°C下处理后的Crofer 22APU的面比电阻(Area specific resistance)。 专利技术详述 2007年8月2日提交的、名称为"PROTECTIVE OXIDE COATINGSFOR SOFCINTERCONNECTIONS"的美国临时申请Ser. No. 60/963， 042在此援引加入本文。 本专利技术提供施用在金属合金上的保护性氧化物涂层，所述的金属合金被用作固体氧化物燃料电池的互连材料。通过电泳沉积技术施用所述的涂层，并且，已表明所述的涂层显著地抑制氧化物层形成的动力学，因此延长所述互连材料和燃料电池堆的寿命。本专利技术还使较不昂贵的不锈钢作为固体氧化物燃料电池互连件使用，并由此减少堆叠物的总体成本成为可能。 本专利技术所述的保护性氧化物涂层抑制铬扩散入阴极。 参照图l，可用不同结构的保护性氧化物涂层将S0FC互连件10进行涂覆。图1A 显示了用保护性氧化物涂层30将包含铁素体合金的衬底20在其的一侧或一面上进行涂覆 的实施方案。例如，可只对所述衬底的一侧进行涂覆，燃料电池堆与阴极表面接触的一侧， 或与阳极表面接触的一侧，或与含电解质室接触的一侧。图IB显示了用保护性氧化物涂层 30将衬底20在其两个表面上进行涂覆的实施方案。例如，在该实施方案中，可将所述的衬 底在燃料电池堆与阴极表面接触的一侧，和与阳极表面接触的一侧，或与含电解质室接触 的一侧，或其任意的成对组合进本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过在铁素体合金上进行电泳沉积而制备的导电的保护性涂层，所述涂层包含Ｃｕ↓［（Ｘ）］Ｍｎ↓［（ｙ）］Ｏ↓［（Ｚ）］，其中ｘ＝１，１．６≤ｙ≤２．４，并且ｚ＝４。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S高普兰，UB帕尔，SN巴苏，黄文华，
申请(专利权)人：波士顿大学理事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]