JP2008503058A - Hardware on the cathode side of carbonate fuel cell - Google Patents
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Abstract
ペロブスカイト構造AMeO3で、Aがランタンと、ランタンおよびストロンチウムの組み合わせとのうちのすくなくとも1つであり、Meが1つ以上の遷移金属であるペロブスカイト構造AMeO3と、リチウム化されたNiO(LixNiO、ここでxは0.1から1である)と、XをドープしたLiNiO2(XはMg、 CaおよびCoのうちの1つである)とのうちの1つを含む伝導性セラミックの薄膜コーティングを有する炭酸塩燃料電池のカソード側のハードウェアである。In the perovskite structure AMEO 3, and lanthanum A is at least one of a combination of lanthanum and strontium, the perovskite structure AMEO 3 Me is one or more transition metals, lithiated NiO (Li x A conductive ceramic comprising one of NiO, where x is between 0.1 and 1 and LiNiO 2 doped with X (where X is one of Mg, Ca and Co). FIG. 3 is a cathode side hardware of a carbonate fuel cell having a thin film coating. FIG.
Description
本発明は溶融炭酸塩燃料電池に関し、特に、溶融炭酸塩燃料電池で使用されるカソード側ハードウェアに関する。 The present invention relates to a molten carbonate fuel cell, and more particularly to cathode-side hardware used in a molten carbonate fuel cell.
本明細書に使用されるように、用語「カソード側ハードウェア」は、燃料電池、特に、溶融炭酸塩燃料電池のカソード側電流コレクタおよび/またはバイポーラプレートと定義される。腐食は溶融炭酸塩燃料電池の寿命を制限する因子である。広範囲の腐食が酸化ガス(または、液体)との界面で、すなわちカソード側のハードウェアでおこる。このハードウェアは通常ステンレス鋼を含むクロムから形成され、ハードウェアの腐食は金属の空孔を通して外へ向かうカチオン拡散によって支配される。溶融炭酸塩燃料電池の内部抵抗の25%はカソード側ハードウェア上に形成される酸化物の腐食層に起因するものであると見積もられる。 As used herein, the term “cathode side hardware” is defined as the cathode side current collector and / or bipolar plate of a fuel cell, particularly a molten carbonate fuel cell. Corrosion is a factor that limits the life of molten carbonate fuel cells. Extensive corrosion occurs at the interface with the oxidizing gas (or liquid), that is, on the cathode side hardware. This hardware is usually formed from chromium, including stainless steel, and the corrosion of the hardware is governed by outward cation diffusion through the metal vacancies. It is estimated that 25% of the internal resistance of the molten carbonate fuel cell is due to an oxide corrosion layer formed on the cathode side hardware.
特に、通常316Lステンレスで作られたカソード電流コレクタは、燃料電池の動作中に腐食され、かなり高い電気抵抗を有する多くの腐食酸化物の層がコレクタ表面上に形成される。さらに、形成された腐食層は時間とともに通常厚くなる。 In particular, cathode current collectors, usually made of 316L stainless steel, are corroded during fuel cell operation, and many layers of corrosive oxides having a fairly high electrical resistance are formed on the collector surface. Furthermore, the formed corrosion layer usually becomes thicker with time.
さらに、カソード側ハードウェア上の腐食層は、表面を通る電解質の損失と腐食クリープを引き起こす。電解質表面のクリープは、腐食層における表面粗さ、気孔率、気孔サイズによって支配される毛細力によって支配される。電解質腐食クリープは、形成されたスケールのスケール厚みと相組成によって支配される。ステンレス鋼で形成されたカソード側のハードウェアにおいて、スケール表面の大きな粗さとスケールの多孔性構造は、大きな電解質表面クリープを引き起こす。 Furthermore, the corrosion layer on the cathode side hardware causes electrolyte loss and corrosion creep through the surface. The creep of the electrolyte surface is governed by capillary forces governed by the surface roughness, porosity, and pore size in the corroded layer. Electrolytic corrosion creep is governed by the scale thickness and phase composition of the scale formed. In cathode-side hardware formed of stainless steel, the large roughness of the scale surface and the porous structure of the scale cause large electrolyte surface creep.
溶融炭酸塩燃料電池の電解質の損失は4万時間の寿命を達成するための重要な寿命制限因子であることが推算された。カソード側ハードウェアの分析によれば、電解質損失の65%がこのハードウェアに起因することを示している。電解質損失を45%に減少すると、約1.7年間の溶融炭酸塩燃料電池の寿命延長をもたらし得ることが推算されている。 It was estimated that molten carbonate fuel cell electrolyte loss is an important lifetime limiting factor to achieve a lifetime of 40,000 hours. Analysis of the cathode hardware shows that 65% of the electrolyte loss is attributed to this hardware. It has been estimated that reducing electrolyte loss to 45% can result in a life extension of the molten carbonate fuel cell of about 1.7 years.
カソード側ハードウェアの腐食に対抗するために、カソード側ハードウェア上に保護の酸化物コーティングを供給して接触抵抗を小さくし電解質損失を少なくすることを実現することが提案されている。しかしながら、これらのコーティングは、一方ではコーティングが高い耐蝕性を有し、他方ではコーティングが高い電気伝導率を有しなければならない、という厳しい条件を満足しなければならない。また、コーティングは、溶融炭酸塩燃料電池のコーティング合金と環境との間のバリアを提供することができる安定した表面酸化物を供給することができなければならない。 In order to combat corrosion of the cathode side hardware, it has been proposed to provide a protective oxide coating on the cathode side hardware to reduce contact resistance and reduce electrolyte loss. However, these coatings must satisfy the stringent condition that on the one hand the coating must have high corrosion resistance and on the other hand the coating must have high electrical conductivity. The coating must also be able to provide a stable surface oxide that can provide a barrier between the molten carbonate fuel cell coating alloy and the environment.
米国特許第5,643,690号公報は、カソード電流コレクタ上に被覆されたFe,NiおよびCrの層の燃料電池中での酸化によって形成された非化学量論的組成の複合体の酸化物層の形態におけるこの種類のコーティングを開示している。同様に日本特許第5―324460号公報は、NiO層(カソード電流コレクタ上に被覆されたまたはメッキされたNi層の酸化によって形成される)で被覆されたステンレス鋼のコレクタプレートを開示している。これらの場合で形成されたコーティングは多孔性であり、かなりの量の電解質を消費する。また、層の電気伝導率は、所望と同程度には高くないかもしれない。 US Pat. No. 5,643,690 discloses a non-stoichiometric composite oxide formed by oxidation in a fuel cell of a layer of Fe, Ni and Cr coated on a cathode current collector. This type of coating in the form of a layer is disclosed. Similarly, Japanese Patent No. 5-324460 discloses a stainless steel collector plate coated with a NiO layer (formed by oxidation of a coated or plated Ni layer on a cathode current collector). . The coating formed in these cases is porous and consumes a significant amount of electrolyte. Also, the electrical conductivity of the layer may not be as high as desired.
本願と同じ譲受人である米国特許出願公開第2002/0164522号は、ゾル−ゲル工程を用いてセラミック材料の伝導性の層として形成される別のコーティング層を開示している。この場合において伝導層に使用されている材料は、好ましくは、LiCoO2あるいはCoをドープしたLiFeO2であり、層の厚みは1〜5μmの範囲である。 US Patent Application Publication No. 2002/0164522, the same assignee as the present application, discloses another coating layer formed as a conductive layer of ceramic material using a sol-gel process. In this case, the material used for the conductive layer is preferably LiCoO 2 or LiFeO 2 doped with Co, and the thickness of the layer ranges from 1 to 5 μm.
米国特許出願公開第2002/0164522号の前述の伝導性セラミック層は、満足できるカソード側ハードウェアの耐蝕性を提供することが判明した。しかしながら、その材料は高価であり、燃料電池の総合的な費用に加算される。また、更に高い伝導率が望まれている。その結果、燃料電池の設計者は、所望の耐蝕性を提供しかつより安価であり伝導率が更に高い他のコーティング材料を捜し求め続けている。
したがって、本発明の目的は、上記の不利益のないカソード側ハードウェアを提供することである。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide cathode side hardware that does not suffer from the above disadvantages.
本発明の更なる目的は、高い耐蝕性と電気伝導率を有し低価格のカソード側ハードウェアを提供することである。 It is a further object of the present invention to provide low cost cathode side hardware with high corrosion resistance and electrical conductivity.
上記のおよび他の目的は、ペロブスカイト構造AMeO3で、Aがランタンと、ランタンおよびストロンチウムの組み合わせとのうちのすくなくとも1つであり、Meが1つ以上の遷移金属であるペロブスカイト構造AMeO3と、リチウム化されたNiO(LixNiO、ここでxは0.1から1である)と、XがMg、CaおよびCoのうちの1つであり、XをドープしたLiNiO2とを含む緻密な伝導性セラミックコーティングの薄膜を有するカソード側ハードウェアを形成することによっておいて実現される。 The above and other objects, in a perovskite structure AMEO 3, and A is lanthanum, is at least one of a combination of lanthanum and strontium, the perovskite structure AMEO 3 Me is one or more transition metals, Dense lithiated NiO (Li x NiO, where x is 0.1 to 1) and X is one of Mg, Ca and Co, and X doped LiNiO 2 This is accomplished by forming cathode side hardware with a thin film of conductive ceramic coating.
好ましくは、コーティングは、ゾル−ゲル工程を使用して実現される。 Preferably the coating is realized using a sol-gel process.
本願発明の上記および他の特徴および態様は付随の図面と関連して以下の詳細な記述を読むことによりより明らかになるであろう。 These and other features and aspects of the present invention will become more apparent upon reading the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
図1はカソード2とアノード3を持っている燃料電池を概略的に示す図である。カソード2とアノード3の間は、アルカリ炭酸塩電解質を含むマトリクス4である。アノード3に隣接して、波状の電流コレクタ3aとバイポーラ3bとがある。カソード2に隣接して、波状の電流コレクタ5aとバイポーラプレート5bを有するカソード側ハードウェア5がある。図示されるように、バイポーラプレート3bと5bとは同じである。 FIG. 1 schematically shows a fuel cell having a cathode 2 and an anode 3. Between the cathode 2 and the anode 3 is a matrix 4 containing an alkali carbonate electrolyte. Adjacent to the anode 3 is a wavy current collector 3a and a bipolar 3b. Adjacent to the cathode 2 is cathode-side hardware 5 having a wave-like current collector 5a and a bipolar plate 5b. As shown, the bipolar plates 3b and 5b are the same.
本発明の原理に基づいて、図1の燃料電池1のカソード側ハードウェア5は、低い接触電圧損失のための低い電気抵抗率を得るために伝導性セラミックでコーティングされている。さらに本発明に基づいて、一般式AMeO3を有するペロブスカイト材料で、Aがランタンと、ランタンおよびストロンチウムの組み合わせとのうちのすくなくとも1つであり、Meが遷移金属であるペロブスカイト構造と、カソード材料としての使用が以前に提案されているリチウム化されたNiO(LixNiO、ここでxは0.1から1である)とが、カソード側ハードウェアのためのコーティング材料として本明細書で使用される。さらに本発明に基づいて、XをドープしたLiNiO2材料は、ここでXはMg、CaおよびCoのうちの1つである、カソード側ハードウェアのコーティング材料として使用され得る。遷移金属は、AMeO3におけるMeとして示され、限定されないが、Co,Fe,Cr,Mnおよびそれらの混合物である。ペロブスカイト材料は、限定されないが、LSC(LaxSrx-1CoO3および、特に、La0.8Sr0.2CoO3),LaMnO3、LaCoO3、LaCrO3およびLSCF(La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3)を含む。XをドープしたLiNiO2材料の例は、MgをドープしたLiNiO2、CaをドープしたLiNiO2およびCoをドープしたLiNiO2を含む。これらの材料は、アルカリ溶融炭酸塩中への低溶解度(例えば、リチウム化されたNiOでは2μg/cm2/h)と非常に高い電気伝導率(LSCでは600℃で600S/cm、リチウム化されたNiOでは650℃で33S/cm、MgをドープしたLiNiO2では26S/cm、およびCoをドープしたLiNiO2では650℃で15S/cm)を有する。 In accordance with the principles of the present invention, the cathode side hardware 5 of the fuel cell 1 of FIG. 1 is coated with a conductive ceramic to obtain a low electrical resistivity for low contact voltage loss. Further according to the present invention, a perovskite material having the general formula AMeO 3 , wherein A is at least one of lanthanum and a combination of lanthanum and strontium, and Me is a transition metal, and a cathode material, The use of lithiated NiO (Li x NiO, where x is 0.1 to 1), previously proposed for use, is used herein as a coating material for cathode side hardware. The Further in accordance with the present invention, X-doped LiNiO 2 material can be used as a cathode-side hardware coating material, where X is one of Mg, Ca and Co. The transition metal is shown as Me in AMeO 3 and is, but not limited to, Co, Fe, Cr, Mn and mixtures thereof. Perovskite materials include, but are not limited to, LSC (La x Sr x-1 CoO 3 and especially La 0.8 Sr 0.2 CoO 3 ), LaMnO 3 , LaCoO 3 , LaCrO 3 and LSCF (La 0.8 Sr 0.2 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 ) Including. Examples of X-doped LiNiO 2 materials include Mg-doped LiNiO 2 , Ca-doped LiNiO 2 and Co-doped LiNiO 2 . These materials are lithiated with low solubility in alkali molten carbonate (eg 2 μg / cm 2 / h for lithiated NiO) and very high electrical conductivity (600 S / cm at 600 ° C. for LSC). NiO has 33 S / cm at 650 ° C., LiNiO 2 doped with Mg has 26 S / cm, and LiNiO 2 doped with Co has 15 S / cm at 650 ° C.).
これらの材料はさまざまなコーティング技術を使用してカソード側ハードウェア上にコーティングすることができる。本例示の場合において、薄膜ゾル−ゲルコーティングプロセスが使用された。このプロセスは、ゾルを形成するために適切な溶剤に必要な金属イオンを含む前駆体の溶解を含む。次に、ゾルはスプレーまたは浸漬によってハードウェア表面にコーティングされ続いてゲル化され、乾燥され、続いて緻密化と結晶化される。 These materials can be coated on the cathode side hardware using various coating techniques. In the present exemplary case, a thin film sol-gel coating process was used. This process involves the dissolution of a precursor containing the metal ions required in a suitable solvent to form a sol. The sol is then coated on the hardware surface by spraying or dipping, subsequently gelled, dried and subsequently densified and crystallized.
一般に、乾燥は室温と200℃の間の温度で実行される。通常、緻密化と再結晶プロセスは350℃以上の温度で実行される。金属基板の表面は、より良いコーティング接着のため表面の飛散物や酸化物を取り除くための脱脂および酸洗浄を必要とするかもしれない。100%のコーティング被覆率は、オーム接触抵抗の点から炭酸塩燃料電池の応用に対して必要ではないが、腐食保護の改善および電解質の低減に対する所望の利益を達成するためにはセラミックコーティングによって表面の95%を越える被覆率を有することが好ましい。その結果、結果として得られるカソード側ハードウェアは、必要な特性を提供するために要求される構造と相の組み合わせを持って提供され得る。 Generally, drying is performed at a temperature between room temperature and 200 ° C. Usually, the densification and recrystallization process is performed at a temperature of 350 ° C. or higher. The surface of the metal substrate may require degreasing and acid cleaning to remove surface splashes and oxides for better coating adhesion. A coating coverage of 100% is not necessary for carbonate fuel cell applications in terms of ohmic contact resistance, but the surface is improved by ceramic coatings to achieve the desired benefits for improved corrosion protection and reduced electrolytes. It is preferable to have a coverage of more than 95%. As a result, the resulting cathode-side hardware can be provided with the required combination of structure and phase to provide the necessary properties.
ペロブスカイト材料、リチウム化されたNiO(LixNiO、ここでxが0.1〜1である)およびXをドープされたLiNiO2材料に対する前駆体は、酢酸塩、または、硝酸塩のような無機塩または水酸化物であり得る。溶液は水溶性基あるいは溶媒基であり得る。カソード側ハードウェアの基体あるいは基板部材はステンレス鋼であり得る。 Precursors for perovskite materials, lithiated NiO (Li x NiO, where x is 0.1 to 1) and X doped LiNiO 2 materials are inorganic salts such as acetates or nitrates Or it can be a hydroxide. The solution can be a water-soluble group or a solvent group. The substrate or substrate member of the cathode side hardware can be stainless steel.
適切に処理パラメータを制御することによって、コーティング技術、熱処理(ゾル−ゲルの場合)、緻密化および均一で平滑な薄膜コーティングが得られる。本発明の緻密な酸化物コーティングされたカソード側ハードウェアの主要な耐蝕性は、意図的にコーティングされた緻密な酸化物層を通る輸送によって支配される。緻密な酸化物コーティングは、ハードウェアの下層の基体(例えば、ステンレス鋼基体)へ移動する炭酸塩イオンの攻撃をかなり遅らせる。 By appropriately controlling the processing parameters, coating techniques, heat treatment (in the case of sol-gel), densification and uniform and smooth thin film coating are obtained. The primary corrosion resistance of the dense oxide coated cathode side hardware of the present invention is governed by transport through the intentionally coated dense oxide layer. The dense oxide coating significantly delays the attack of carbonate ions that migrate to the underlying hardware substrate (eg, a stainless steel substrate).
特に、形成された酸化物層の主要な効果は、ハードウェア基体とガスおよび液体の接触に対して障壁となることである。一方、ハードウェア基体とカソード電極間の接触抵抗もまた、高い導電性を有する耐蝕性酸化物層により、被覆されていないハードウェア上に形成された腐食スケールを持つ場合と比較すると減少する。電気抵抗は、燃料電池テストから示されるように、クロム鉄鋼で形成された被覆していないハードウェア基体との比較して50%低下する。 In particular, the main effect of the formed oxide layer is to provide a barrier to the contact between the hardware substrate and gas and liquid. On the other hand, the contact resistance between the hardware substrate and the cathode electrode is also reduced compared to having a corrosion scale formed on the uncoated hardware due to the highly conductive corrosion resistant oxide layer. The electrical resistance is reduced by 50% compared to an uncoated hardware substrate made of chromium steel, as shown from fuel cell tests.
さらに、本発明のカソード側ハードウェアのペロブスカイト材料、リチウム化されたNiOおよびXをドープされたLiNiO2によるコーティングされた緻密で平滑な表面により、表面粗さと腐食はともに最小にされる。従って、電解質表面と腐食クリープもまた最小にされる。 Furthermore, both the surface roughness and corrosion are minimized by the dense and smooth surface coated with the perovskite material of the cathode side hardware, lithiated NiO and X doped LiNiO 2 of the present invention. Thus, electrolyte surface and corrosion creep are also minimized.
また、カソード側ハードウェアのコーティングは、好ましい接着力、よくマッチした熱膨張係数、有効な電気伝導度、および熱酸化/腐食に対する保護を示すことがわかった。コーティングに対する加速された熱サイクル試験によれば、コーティングは薄く、非常に接着性が高いことが示された。良い接着は、ハードウェアの基体とコーティングとの間の反応で結合した構造およびその薄膜の特性に起因する (引張応力はコーティング厚みに比例する)。また、燃料電池の過酷な温度および化学ポテンシャルの範囲にわたるバルク特性のマッチングが達成された。 Also, the cathode side hardware coating was found to exhibit good adhesion, well matched thermal expansion coefficient, effective electrical conductivity, and protection against thermal oxidation / corrosion. Accelerated thermal cycling tests on the coating showed that the coating was thin and very adherent. Good adhesion results from the structure bonded by the reaction between the hardware substrate and the coating and the properties of the thin film (tensile stress is proportional to coating thickness). Also, matching of bulk properties over the harsh temperature and chemical potential range of fuel cells has been achieved.
上記記載のように、本発明のコーティング(Li0.1NiO2、ペロブスカイト材料、およびXをドープしたLiNiO2)もまた、かなり高い伝導性(例えば、Li0.1NiO2に対して33S/cm、LSCに対して650S/cm、CoをドープしたLiNiO2対して650℃で15S/cm)を示し、更に重要なことは、米国特許出願2002/0164522号のLiCoO2コーティング(1S/cmの伝導率)と比較したとき、制御されたコーティング厚さを持つ緻密で平滑な膜であることである。 As described above, the coatings of the present invention (Li 0.1 NiO 2 , perovskite materials, and X-doped LiNiO 2 ) are also quite highly conductive (eg, 33 S / cm for Li 0.1 NiO 2 , LSC) 650 S / cm for Co, and 15 S / cm at 650 ° C. for Co-doped LiNiO 2 ), and more importantly, the LiCoO 2 coating (conductivity of 1 S / cm) of US patent application 2002/0164522 When compared, it is a dense and smooth film with a controlled coating thickness.
以下は発明に関する実施例である。 The following are examples relating to the invention.
実施例1 リチウム化されたカソード側ハードウェア
(1)リチウム化されたNiOゾル−ゲルの調製
試薬グレードのLi酢酸塩とNi酢酸塩をカチオン源の化合物として使用して、名目上のLi:Ni組成が0.1:1(モル比)の出発溶液を調製した。次に、1MのNiOゾル−ゲルを得ることに基づいて、出発溶液に含まれるべきこれらの材料の適切な量が計算された。次に、カチオン源化合物の測定量が、沈降物のない出発溶液を形成するために200mlの蒸留水、300mlのエチレングリコールおよび1.5molのクエン酸とともに600mlのビーカー中で混合された。出発溶液は、出発溶液は約80℃のホットプレート上で加熱して粘性液体に変わるまで濃縮した。緑色で透明な溶液が結果として生じた。この溶液は少なくとも半年の間、密封されたガラスビーカー中に25℃で沈降物を生じずに変わらずにいられた。重合による溶液の粘性変化は、ブルックフィールド粘度計によって室温で測定された。前駆体の粘性は、重合の結果として平均分子量の増加のため、加熱時間の増加と共にかなり増加する。
Example 1 Lithiumated cathode side hardware (1) Preparation of lithiated NiO sol-gel Using reagent grade Li acetate and Ni acetate as the cation source compound, nominal Li: Ni A starting solution having a composition of 0.1: 1 (molar ratio) was prepared. The appropriate amount of these materials to be included in the starting solution was then calculated based on obtaining a 1M NiO sol-gel. The measured amount of cation source compound was then mixed in a 600 ml beaker with 200 ml distilled water, 300 ml ethylene glycol and 1.5 mol citric acid to form a precipitate-free starting solution. The starting solution was concentrated until the starting solution was heated on a hot plate at about 80 ° C. to turn into a viscous liquid. A green and clear solution resulted. This solution was allowed to remain unchanged in a sealed glass beaker at 25 ° C. without sedimentation for at least half a year. The change in viscosity of the solution due to polymerization was measured at room temperature with a Brookfield viscometer. The viscosity of the precursor increases significantly with increasing heating time due to the increase in average molecular weight as a result of polymerization.
(2)緻密で平滑なリチウム化されたNiO膜を有するカソード側ハードウェアの堆積と形成
浸漬コーティング技術は、波形のステンレス鋼(316L)シートあるいはカソード側基体として使用される基板上に前駆体の湿式の膜を形成するために使用された。膜厚は、前駆体の引き抜き速度と粘性を制御することによって達成された。通常、室温で125cP以下の粘性を有する前駆体は、ステンレス鋼などの平滑な基板を均一にぬらすことはできなかった。一方、基板が、室温で約1000cP以上の粘性を有する高粘性の前駆体は、基板が高温で加熱されない場合、不均一な膜となり膜にクラックを形成した。したがって、高品質の膜を得るためには溶液の粘性を制御することは重要である。前駆体溶液の粘性は、本実施例において室温で200〜275cPの範囲が使用された。1インチ/分の引き抜き速度を用いると、約600℃で焼成後に各コーティングに対して約0.5〜約1μmの範囲の厚みを有するち密な、リチウム化されたNiO酸化物膜が得られた。
(2) Cathode side hardware deposition and formation with a dense and smooth lithiated NiO film The dip coating technique uses a corrugated stainless steel (316L) sheet or precursor on a substrate used as a cathode side substrate. Used to form a wet film. Film thickness was achieved by controlling the draw rate and viscosity of the precursor. In general, a precursor having a viscosity of 125 cP or less at room temperature cannot uniformly wet a smooth substrate such as stainless steel. On the other hand, the highly viscous precursor having a viscosity of about 1000 cP or more at room temperature, when the substrate was not heated at a high temperature, became a non-uniform film and formed cracks in the film. Therefore, it is important to control the viscosity of the solution in order to obtain a high quality film. The viscosity of the precursor solution was used in this example in the range of 200-275 cP at room temperature. Using a draw speed of 1 inch / minute, a dense, lithiated NiO oxide film having a thickness in the range of about 0.5 to about 1 μm for each coating after firing at about 600 ° C. was obtained. .
ゾルの濡れ性を増加しリチウム化された酸化ニッケル膜とステンレス鋼シート間の結合強度を増加するために、シートをまず酸処理し、続いて、グラファイト炉での加熱処理の間に形成される可能性のあるダストや炭素膜を除去するためにアセトンで超音波洗浄した。ゲル膜は、1インチ/分の基板引き抜き速度の浸漬コーティングによって、波形カソードの1.5インチ×1.5インチあるいは7インチ×7インチのいずれかに堆積させた。ゲル膜を有する基板は、ゲル膜堆積のすぐ後に、70℃に予熱された炉に移され、完全に結晶化し焼結するためにさらに3時間600℃を越えない温度まで加熱され、3時間保持された。 In order to increase the wettability of the sol and increase the bond strength between the lithiated nickel oxide film and the stainless steel sheet, the sheet is formed first during acid treatment followed by heat treatment in a graphite furnace. Ultrasonic cleaning with acetone was used to remove possible dust and carbon films. The gel film was deposited on either a 1.5 inch x 1.5 inch or 7 inch x 7 inch corrugated cathode by dip coating at a substrate draw speed of 1 inch / minute. The substrate with the gel film is transferred to a furnace preheated to 70 ° C. immediately after the gel film deposition, heated to a temperature not exceeding 600 ° C. for a further 3 hours to fully crystallize and sinter, and held for 3 hours. It was done.
600℃まで加熱後に、膜はカソード側ハードウェア基体上に、連続した平滑で緻密なままで残っていた。図2Aと2Bは、膜がコーティングされたハードウェアの破断面のSEM写真を異なる倍率で示したものである。これらの図から、実質的に一定の厚さ約1μmを有する薄いリチウム化されたNi酸化物膜が実現されることがわかった。 After heating to 600 ° C., the membrane remained continuous, smooth and dense on the cathode side hardware substrate. Figures 2A and 2B show SEM photographs of the fractured surface of the film coated hardware at different magnifications. From these figures, it was found that a thin lithiated Ni oxide film having a substantially constant thickness of about 1 μm was realized.
(3)リチウム化されたNiO膜の特徴付け
ステンレス鋼(316L)基板上に堆積されたLi0.1NiO酸化物膜の相の進展が、Cu−Ka照射を用いるフィリップス回折計で実行されたX線回折分析によって研究された。結果が図4に示される。200℃で加熱処理された基板は、ピークが無く、無定形構造を示している。岩塩NiO構造の形成が350℃と同程度の低い温度で観測された。しかしながら、350℃で形成された第2相があり、NiCとして表示された。高温度では、NiCは酸化されてNiOを形成する。450℃で、結晶化が完全になされ、ブロードなピークはなく、ピーク強度は450℃以上で変化しない。200℃と350℃を除いて、全てのコーティングは単相であり、他の2次生成物も反応物も検出されなかった。
(3) Characterization of the lithiated NiO film X-ray in which the phase evolution of the Li 0.1 NiO oxide film deposited on a stainless steel (316L) substrate was performed on a Philips diffractometer using Cu-Ka irradiation It was studied by diffraction analysis. The result is shown in FIG. The substrate heat-treated at 200 ° C. has no peak and shows an amorphous structure. The formation of rock salt NiO structure was observed as low as 350 ℃. However, there was a second phase formed at 350 ° C. and displayed as NiC. At high temperatures, NiC is oxidized to form NiO. Crystallization is complete at 450 ° C., there is no broad peak, and the peak intensity does not change above 450 ° C. With the exception of 200 ° C and 350 ° C, all coatings were single phase and no other secondary products or reactants were detected.
明らかなように、リチウム化されたNiOは、NiO構造(岩塩構造)に適合し、そのパターンは、NiOのブラッグピークで索引するることができる。リチウムとニッケルイオンに対する優先位置はない。したがって、1つのカチオン結晶しかない。ニッケル(II)(r=0.83Å)のリチウム(I)(r=0.90Å)による部分的な置換は、イオン半径rがより小さく、格子を収縮する、ニッケル(III)(r=0.70Åの生成を暗示する。より高温の処理温度を用いると、相はNiO構造中により多くのLiの溶解を暗示する(より多くのNi(III)を生成する)、より大きい角度にシフトする。また、 ピークは温度上昇とともに狭くなり、結晶子サイズの成長を示している。 As is apparent, lithiated NiO conforms to the NiO structure (rock salt structure) and the pattern can be indexed by the Bragg peak of NiO. There is no preferred position for lithium and nickel ions. Therefore, there is only one cation crystal. Partial replacement of nickel (II) (r = 0.83Å) with lithium (I) (r = 0.90Å) causes nickel (III) (r = 0) to shrink the lattice with a smaller ionic radius r. Implying formation of 70 Å Using higher processing temperature, phase shifts to a larger angle, implying more Li dissolution in the NiO structure (creating more Ni (III)) The peak narrows with increasing temperature, indicating crystallite size growth.
実施例2 Lan0.8Sr0.2CoO3カソード側ハードウェア
(1)Lan0.8Sr0.2CoO3ゾル−ゲルの調製
試薬グレードのLa硝酸塩水和物とSr硝酸塩水和物とCo硝酸塩水和物を使用して、名目上のLa:Sr:Co組成が0.8:0.2:1(モル比)の出発溶液を調製した。次に、1MのLSCゾル−ゲルを得ることに基づいて出発溶液に含まれるべきこれらの材料の適切な量が計算された。次に、カチオン源化合物の測定量が、沈降物のない出発溶液を形成するために150mlの蒸留水、350mlのエチレングリコールとともに600mlのビーカー中で混合された。出発溶液は、約80℃のホットプレート上で加熱され、水および他の揮発性物質を排出し、金属カチオンを含むポリマーを有する粘性ポリマー前駆体を形成した。重合か工程を通して溶液中にカチオンが残ることが重要である。高分子前駆体に変換されるときの溶液の粘度変化は、ブルックフィールド粘度計によって室温で測定された。
Example 2 Lan 0.8 Sr 0.2 CoO 3 cathode side hardware
(1) Preparation of Lan 0.8 Sr 0.2 CoO 3 sol-gel Using reagent grade La nitrate hydrate, Sr nitrate hydrate and Co nitrate hydrate, the nominal La: Sr: Co composition is 0 A starting solution of 8: 0.2: 1 (molar ratio) was prepared. The appropriate amount of these materials to be included in the starting solution was then calculated based on obtaining a 1M LSC sol-gel. The measured amount of cation source compound was then mixed in a 600 ml beaker with 150 ml distilled water, 350 ml ethylene glycol to form a precipitate-free starting solution. The starting solution was heated on a hot plate at about 80 ° C., draining water and other volatiles to form a viscous polymer precursor with a polymer containing metal cations. It is important that cations remain in solution throughout the polymerization process. The change in viscosity of the solution as it was converted to the polymer precursor was measured at room temperature with a Brookfield viscometer.
(2)平滑で、ち密なLSC膜を有するカソード側ハードウェアの堆積と形成
LSC膜とステンレス鋼(316L)カソード側ハードウェアとの間のゾルの濡れ性を増加し結合強度を増加するために、ステンレス鋼は最初に酸処理され、続いて、グラファイト炉での加熱処理の間に形成される可能性のあるダストや炭素膜を除去するためにアセトンで超音波洗浄した。ゲル膜は、1インチ/分の基板引き抜き速度の浸漬コーティングによって、波状カソードの1.5インチ×1.5インチあるいは7インチ×7インチのいずれかに堆積した。ゲル膜は、ゲル膜堆積のすぐ後に、70℃に予熱された炉に移され、完全に結晶化し焼結するためにさらに3時間600℃を越えない温度まで加熱され、3時間保持された。
(2) Deposition and formation of cathode-side hardware with smooth and dense LSC film To increase sol wettability and bond strength between LSC film and stainless steel (316L) cathode-side hardware Stainless steel was first acid treated, followed by ultrasonic cleaning with acetone to remove dust and carbon films that might form during heat treatment in the graphite furnace. Gel films were deposited on either 1.5 inch x 1.5 inch or 7 inch x 7 inch corrugated cathodes by dip coating at a substrate draw rate of 1 inch / minute. The gel film was transferred to a furnace preheated to 70 ° C. immediately after gel film deposition, heated to a temperature not exceeding 600 ° C. for a further 3 hours and fully held for 3 hours to fully crystallize and sinter.
600℃まで加熱後に、膜はカソード側ハードウェア基体上に、連続した平滑で緻密なままで残っていた。図3は、LSCでコーティングされたハードウェア表面の形態を示すSEM写真である。 After heating to 600 ° C., the membrane remained continuous, smooth and dense on the cathode side hardware substrate. FIG. 3 is an SEM photograph showing the morphology of the hardware surface coated with LSC.
リチウム化されたNiOおよびLSCでコーティングされたカソード側ハードウェアシートの完全性に対する熱サイクルの影響が評価された。熱サイクル後の試験片の光学顕微鏡およびSEMによる試験によって、このコーティングが、ハードウェア基体あるいは基板と、熱応力で導入されるクラックまたは微少亀裂無しに、熱的に共存できるものであることが明らかになった。 The effect of thermal cycling on the integrity of cathode side hardware sheets coated with lithiated NiO and LSC was evaluated. Examination of the specimen after thermal cycling with an optical microscope and SEM reveals that the coating can coexist thermally with a hardware substrate or substrate without cracks or microcracks introduced by thermal stress. Became.
本発明に基づくリチウム化されたNiO導電性コーティングで被覆されたカソード側ハードウェアの代表的な実施例の切断面のSEM観察が被覆されていないカソード側ハードウェアと比較して図5A〜5Dに示される。図から明らかのように、本発明のリチウム化されたNiOコーティング(図5Aおよび5B)は、被覆されていないカソード側ハードウェア(図5Cおよび5D)と比較したとき、腐食スケールの厚さが減少している。さらに、腐食スケールは、ゾル−ゲルコーティングに関わらず同様の二重層構造を示している。しかしながら、コーティングされたハードウェアに関して、外側の酸化物のスケールは、内側のCrが豊富なスケールをよりよく保護するために、より緻密となり得る。その結果、コーティングされたシートのCrの豊富な内側のスケールは、総合的な腐食速度を低下させるために、より緻密でより保護的となっていた。 FIGS. 5A-5D show an SEM observation of a cut surface of an exemplary embodiment of cathode side hardware coated with a lithiated NiO conductive coating according to the present invention compared to uncoated cathode side hardware in FIGS. Indicated. As can be seen, the lithiated NiO coating of the present invention (FIGS. 5A and 5B) has a reduced corrosion scale thickness when compared to uncoated cathode side hardware (FIGS. 5C and 5D). is doing. Furthermore, the corrosion scale shows a similar double layer structure regardless of the sol-gel coating. However, for coated hardware, the outer oxide scale can be finer to better protect the inner Cr-rich scale. As a result, the Cr-rich inner scale of the coated sheet was more dense and more protective to reduce the overall corrosion rate.
図6Aは、本発明のリチウム化されたNiOおよびLSCコーティングを有する電流コレクタ(「CCC」)形態におけるカソード側ハードウェアカソードのセル外(out-of cell)の電気抵抗率を示す。図6Aは、また、コーティングされていないステンレス電流コレクタセルのセル外の電気抵抗率を示す。図から明らかのように、本発明のコーティングされたCCCはコーティングされていないCCCに匹敵するセル外の抵抗率を持っている。さらに図6Bから明らかのように、セル外(out-of cell)電流コレクタから本発明のコーティングされたCCCの電気抵抗率(金属から金属)もまた、電流コレクタからコーティングされていないステンレス鋼のCCCの電気抵抗率に匹敵する。 FIG. 6A shows the out-of-cell electrical resistivity of the cathode-side hardware cathode in a current collector (“CCC”) configuration with lithiated NiO and LSC coatings of the present invention. FIG. 6A also shows the electrical resistivity outside the cell of an uncoated stainless steel current collector cell. As is apparent from the figure, the coated CCC of the present invention has an out-of-cell resistivity comparable to the uncoated CCC. Furthermore, as is apparent from FIG. 6B, the electrical resistivity (metal to metal) of the coated CCC of the present invention from an out-of cell current collector is also the CCC of the stainless steel uncoated from the current collector. Comparable to the electrical resistivity.
図7と図8は、本発明のリチウム化されたNiOおよびLSCコーティングでそれぞれコーティングされたCCCを利用する燃料電池の抵抗寿命グラフを、コーティングしていないステンレス鋼CCCを利用する燃料電池と比較して示している。これらのグラフから理解されるように、改良された抵抗寿命が、本発明のコーティングを有するCCCを使用する燃料電池に対して実現されている。 FIGS. 7 and 8 compare the resistance life graphs of fuel cells using CCC coated with the lithiated NiO and LSC coatings of the present invention, respectively, with fuel cells using uncoated stainless steel CCC. It shows. As can be seen from these graphs, improved resistance life has been achieved for fuel cells using CCC with the coating of the present invention.
図9は、本発明のコーティングされたCCCの燃料電池試験後の腐食厚さをコーティングしていないCCCの燃料電池試験後の腐食厚さと比較して示している。本発明のコーティングされたCCCは、コーティングされていないCCCより測定可能な少ない腐食を示すことがわかる。 FIG. 9 shows the corrosion thickness after a fuel cell test of a coated CCC of the present invention compared to the corrosion thickness after a fuel cell test of an uncoated CCC. It can be seen that the coated CCC of the present invention exhibits less measurable corrosion than the uncoated CCC.
最後に、図10は、本発明のコーティング膜でコーティングされたCCCを利用する溶融炭酸塩燃料電池における電解質の損失を、コーティングしていないCCCを用いる溶融炭酸塩燃料電池と比較して示している。図から明らかのように、電解質損失は本発明のコーティングを使用する燃料電池においてかなり少ない。 Finally, FIG. 10 shows the loss of electrolyte in a molten carbonate fuel cell using CCC coated with the coating membrane of the present invention compared to a molten carbonate fuel cell using uncoated CCC. . As is apparent from the figure, the electrolyte loss is much less in fuel cells using the coating of the present invention.
実施例3 LSCF(Lan0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3)カソード側ハードウェア
(1)LSCF(Lan0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3)ゾル−ゲルの調製
分析グレードのLa酢酸塩、Sr酢酸塩、Co酢酸塩、Fe酢酸塩を使用して、名目上のLa:Sr:Co:Fe組成が0.8:0.2:0.8:0.2(モル比)の出発溶液を調製した。次に、1MのLSCFゾル−ゲルを得ることに基づいて、出発溶液に含まれるべきこれらの材料の適切な量が計算された。次に、カチオン源化合物の測定量が、出発溶液を形成するために2150mlの蒸留水、350mlのエチレングリコールとともに1000mlのビーカー中で混合された。出発溶液は、約65℃のホットプレート上で加熱され、48時間、65℃で撹拌されて、水および他の揮発材料を排出し、金属カチオンを含む粘性ポリマーを形成した。この粘性ポリマーの形成の間、この形成が発熱工程でなされるので、溶液を過熱しすぎないことが重要である。溶液の加熱を終了後、重合体の前駆体に転換されるときの溶液の粘性変化がブルックフィールド粘度計によって室温で測定された。
Example 3 LSCF (Lan 0.8 Sr 0.2 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 ) cathode side hardware
(1) Preparation of LSCF (Lan 0.8 Sr 0.2 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 ) Sol-Gel Using analytical grade La acetate, Sr acetate, Co acetate, Fe acetate, nominal La: Sr A starting solution having a Co: Fe composition of 0.8: 0.2: 0.8: 0.2 (molar ratio) was prepared. The appropriate amount of these materials to be included in the starting solution was then calculated based on obtaining 1M LSCF sol-gel. The measured amount of cation source compound was then mixed in a 1000 ml beaker with 2150 ml distilled water, 350 ml ethylene glycol to form a starting solution. The starting solution was heated on a hot plate at about 65 ° C. and stirred for 48 hours at 65 ° C., draining water and other volatile materials to form a viscous polymer containing metal cations. During the formation of this viscous polymer, it is important not to overheat the solution as this is done in an exothermic process. After finishing heating the solution, the viscosity change of the solution as it was converted to the polymer precursor was measured at room temperature with a Brookfield viscometer.
(2)平滑でち密なLSCF(Lan0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3)膜を有するカソード側ハードウェアの堆積と形成
LSCF膜は、実施例2で上記説明したような浸漬コーティングを使用してカソード側ハードウェア上に堆積された。カソード側ハードウェア基体上に堆積されたLSCF膜は、連続する平滑で緻密な膜である。図11は、LSCFをコーティングしたカソード側ハードウェアの表面形態を示すSEM写真である。図3で示されたLSCをコーティングしたカソード側ハードウェアと同様に、図11で示されるSEMにより、LSCFコーティングが熱的にハードウェア基体あるいは基板と適合し、熱圧力によって導入されたクラックが検出されないことが明らかになった。
(2) Cathode-side hardware deposition and formation with a smooth and dense LSCF (Lan 0.8 Sr 0.2 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 ) film The LSCF film uses a dip coating as described above in Example 2. Deposited on the cathode side hardware. The LSCF film deposited on the cathode side hardware substrate is a continuous smooth and dense film. FIG. 11 is a SEM photograph showing the surface morphology of the cathode-side hardware coated with LSCF. Similar to the LSC-coated cathode hardware shown in FIG. 3, the SEM shown in FIG. 11 allows the LSCF coating to thermally match the hardware substrate or substrate and detect cracks introduced by thermal pressure. It became clear that not.
実施例4 MgをドープしたLiNiO2カソード側ハードウェア
(1)MgをドープしたLiNiO2ゾル−ゲルの調製
試薬グレードのMg酢酸塩、Li酢酸塩(Li-(CH3COO))、水和化されたNi硝酸塩(Ni-(CH3COO)2)およびクエン酸を使用して、Mg:Lir:Ni:クエン酸組成物が0.1:0.9:1:2のモル比をもつ出発溶液を調製した。次に、1MのMgをドープしたLiNiO2ゾル−ゲルを得ることに基づいて出発溶液に含まれるべきこれらの材料の適切な量が計算された。次に、カチオン源化合物、すなわち、Mg酢酸塩、Li酢酸塩および水和化されたNi硝酸塩、の測定量が、400mlの蒸留水、2モルのクエン酸とともに1000mlのビーカー中で混合され、出発溶液は、約80℃に加熱され、磁性の撹拌子を用いて撹拌されて、沈降物のないきれいな出発溶液を形成した。水および他の揮発性物質を排出し、金属カチオンを含むポリマーを有する粘性ポリマー前駆体を形成した。重合か工程を通して溶液中にカチオンが残ることが重要である。高分子前駆体に変換されるときの溶液の粘度の変化は、ブルックフィールド粘度計によって室温で測定された。溶液が所望の濃度に到達した後で、加熱を終了し、溶液の粘性が測定された。溶液が粘性溶液に転換するときの溶液の粘性変化はブルックフィールド粘度計によって室温で測定された。これらの測定値は、溶液の粘性が重合の結果として平均分子量の増加のため、加熱時間の増加と共にかなり増加することを示した。こうして、この粘性溶液は少なくとも半年の間、密封されたガラスビーカー中に25℃で沈降物を生じず変わらずにいられた。
Example 4 Mg-doped LiNiO 2 cathode side hardware
(1) Preparation of Mg-doped LiNiO 2 sol-gel Reagent grade Mg acetate, Li acetate (Li- (CH 3 COO)), hydrated Ni nitrate (Ni- (CH 3 COO) 2 ) And citric acid were used to prepare a starting solution in which the Mg: Lir: Ni: citric acid composition had a molar ratio of 0.1: 0.9: 1: 2. The appropriate amounts of these materials to be included in the starting solution were then calculated based on obtaining 1M Mg doped LiNiO 2 sol-gel. Next, measured amounts of cation source compounds, ie, Mg acetate, Li acetate and hydrated Ni nitrate, were mixed in a 1000 ml beaker with 400 ml distilled water, 2 moles citric acid and started. The solution was heated to about 80 ° C. and stirred with a magnetic stir bar to form a clean starting solution without sediment. Water and other volatile materials were discharged to form a viscous polymer precursor with a polymer containing metal cations. It is important that cations remain in solution throughout the polymerization process. The change in the viscosity of the solution as it was converted to the polymer precursor was measured at room temperature with a Brookfield viscometer. After the solution reached the desired concentration, heating was terminated and the viscosity of the solution was measured. The change in viscosity of the solution as it converted to a viscous solution was measured at room temperature by a Brookfield viscometer. These measurements showed that the viscosity of the solution increased significantly with increasing heating time due to the increase in average molecular weight as a result of polymerization. Thus, this viscous solution was allowed to remain undisturbed at 25 ° C. in a sealed glass beaker for at least half a year.
(2)平滑でち密なMgをドープしたLiNiO2膜を有するカソード側ハードウェアの堆積と形成
MgをドープしたLiNiO2膜は、実施例2で上記説明したような浸漬コーティングを使用してカソード側ハードウェア上に堆積された。図12は、316Lカソード側ハードウェア上にMgをドープしたLiNiO2をコーティングしたときの表面形態を示すSEM写真である。図3および図11と同様に、カソード側ハードウェア上のMgをドープしたLiNiO2コーティングは、平滑で緻密であり、このコーティングはハードウェアまたは基板と熱的に適合するため熱圧力によって導入されるクラックが検出されないことが明らかになった。
(2) Deposition and formation of cathode-side hardware with smooth and dense Mg-doped LiNiO 2 film
A Mg-doped LiNiO 2 film was deposited on the cathode side hardware using a dip coating as described above in Example 2. FIG. 12 is an SEM photograph showing the surface morphology when 316L cathode-side hardware is coated with Mg-doped LiNiO 2 . Similar to FIGS. 3 and 11, the Mg-doped LiNiO 2 coating on the cathode side hardware is smooth and dense and this coating is introduced by thermal pressure to thermally match the hardware or substrate. It became clear that no cracks were detected.
実施例5 CoをドープしたLiNiO2カソード側ハードウェア
(1)CoをドープしたLiNiO2ゾル−ゲルの調製
試薬グレードのCo酢酸塩、Li 酢酸塩(Li-(CH3COO))、水和化されたNi硝酸塩(Ni-(CH3COO)2)およびクエン酸を使用して、Co:Lir:Ni:クエン酸組成物が0.1:0.9:1:2のモル比をもつ出発溶液を調製した。次に、1MのCoをドープしたLiNiO2ゾル−ゲルを得ることに基づいて、出発溶液に含まれるべきこれらの材料の適切な量が計算された。次に、カチオン源化合物の測定量が、400mlの蒸留水、2モルのクエン酸とともに1000mlのビーカー中で混合され、出発溶液は、約80℃に加熱され、磁性の撹拌子を用いて撹拌されて、沈降物のないきれいな出発溶液を形成した。出発溶液は、約80℃に加熱されると水および他の揮発性物質を排出し、緑色の透明な粘性溶液を形成した。溶液が粘性溶液に変換されるときの溶液の粘度変化は、ブルックフィールド粘度計によって室温で測定された。前の実施例のように、溶液の粘性は、重合の結果として平均分子量の増加のため、加熱時間の増加と共にかなり増加した。こうして、この粘性溶液は少なくとも半年の間、密封されたガラスビーカー中に25℃で沈降物を生じず変わらずにいられた。
Example 5 Co-doped LiNiO 2 cathode side hardware (1) Preparation of Co-doped LiNiO 2 sol-gel Reagent grade Co acetate, Li acetate (Li- (CH 3 COO)), hydrated Using Ni nitrate (Ni- (CH 3 COO) 2 ) and citric acid, the Co: Lir: Ni: citric acid composition has a molar ratio of 0.1: 0.9: 1: 2 A solution was prepared. The appropriate amount of these materials to be included in the starting solution was then calculated based on obtaining 1M Co doped LiNiO 2 sol-gel. The measured amount of cation source compound is then mixed in a 1000 ml beaker with 400 ml distilled water, 2 moles citric acid, and the starting solution is heated to about 80 ° C. and stirred using a magnetic stir bar. To form a clean starting solution without sediment. The starting solution drained water and other volatiles when heated to about 80 ° C., forming a green clear viscous solution. The change in viscosity of the solution as it was converted to a viscous solution was measured at room temperature with a Brookfield viscometer. As in the previous examples, the viscosity of the solution increased significantly with increasing heating time due to the increase in average molecular weight as a result of the polymerization. Thus, this viscous solution was allowed to remain undisturbed at 25 ° C. in a sealed glass beaker for at least half a year.
(2)平滑でち密なCoをドープしたLiNiO2膜を有するカソード側ハードウェアの堆積と形成
CoをドープしたLiNiO2膜は、実施例2で上記説明したような浸漬コーティングを使用してカソード側ハードウェア上に堆積された。図13は、316Lカソード側ハードウェア上にCoをドープしたLiNiO2をコーティングしたときの表面形態を示すSEM写真である。図3、図11、図12と同様に、カソード側ハードウェア基体上のCoをドープしたLiNiO2コーティングは、連続した平滑な緻密な膜であった。このコーティングに熱圧力によって導入されるクラックは検出されなかった。
(2) Deposition and formation of cathode-side hardware with smooth and dense Co-doped LiNiO 2 film
A Co-doped LiNiO 2 film was deposited on the cathode side hardware using a dip coating as described above in Example 2. FIG. 13 is an SEM photograph showing the surface morphology when 316L cathode-side hardware is coated with Co-doped LiNiO 2 . Similar to FIGS. 3, 11 and 12, the Co-doped LiNiO 2 coating on the cathode side hardware substrate was a continuous, smooth and dense film. Cracks introduced into the coating by thermal pressure were not detected.
すべての場合において、上記に記載された構成が本発明の応用を示す多くの可能な特定の実施例を用いて単に例示的に説明していることが理解される。本発明の精神と範囲から逸脱しない範囲で、本発明の原理に基づく多くの変形された他の構成が容易に誘導される。 In all cases, it will be appreciated that the arrangements described above are merely illustrative using a number of possible specific embodiments illustrating the application of the present invention. Many variations of other configurations based on the principles of the invention may be readily derived without departing from the spirit and scope of the invention.
Claims (24)
リチウム化されたNiO(LixNiO、ここでxは0.1から1である)と、
XがMg、CaおよびCoのうちの1つであり、XをドープしたLiNiO2と、
のうちの1つを含む伝導性セラミックの薄膜コーティングを有することを特徴とする炭酸塩燃料電池のカソード電流コレクタ。 A perovskite structure AMeO 3 in which A is at least one of lanthanum and a combination of lanthanum and strontium, and Me is one or more transition metals;
Lithiated NiO (Li x NiO, where x is 0.1 to 1);
X is one of Mg, Ca and Co, LiNiO 2 doped with X,
A cathode current collector for a carbonate fuel cell, characterized in that it has a thin film coating of conductive ceramic containing one of the following.
る請求項3に記載の炭酸塩燃料電池のカソード電流コレクタ。 The perovskite structure AMeO 3 is one of LSC (La x Sr x-1 CoO 3 ), LaMnO 3 , LaCoO 3 , LaCrO 3 and LSCF (La 0.8 Sr 0.2 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 ). The cathode current collector of a carbonate fuel cell according to claim 3.
リチウム化されたNiO(LixNiO、ここでxは0.1から1である)と、
XがMg、CaおよびCoのうちの1つであり、XをドープしたLiNiO2と、
のうちの1つを含む伝導性セラミックの薄膜コーティングを有することを特徴とする炭酸塩燃料電池のカソード用バイポーラプレート。 A perovskite structure AMeO 3 in which A is at least one of lanthanum and a combination of lanthanum and strontium, and Me is one or more transition metals;
Lithiated NiO (Li x NiO, where x is 0.1 to 1);
X is one of Mg, Ca and Co, LiNiO 2 doped with X,
A bipolar plate for a cathode of a carbonate fuel cell, characterized in that it has a thin film coating of conductive ceramic containing one of the following.
アノードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置された炭酸塩電解質を貯蔵するためのマトリックスと、
前記カソードに隣接して配置されたカソード電流コレクタと、
前記カソード電流コレクタに隣接して配置されたバイポーラプレートと、
を有し、
前記カソード電流コレクタおよび前記バイポーラプレートのうちの少なくとも1つが、
Aがランタンと、ランタンおよびストロンチウムの組み合わせとのうちのすくなくとも1つであり、Meが1つ以上の遷移金属であるペロブスカイト構造AMeO3と、
リチウム化されたNiO(LixNiO、ここでxは0.1から1である)と、
XがMg、CaおよびCoのうちの1つであり、XをドープしたLiNiO2と、
のうちの1つを含む伝導性セラミックの薄膜コーティングを有することを特徴とする炭酸塩燃料電池。 A cathode,
An anode,
A matrix for storing a carbonate electrolyte disposed between the anode and the cathode;
A cathode current collector disposed adjacent to the cathode;
A bipolar plate disposed adjacent to the cathode current collector;
Have
At least one of the cathode current collector and the bipolar plate is
A perovskite structure AMeO 3 in which A is at least one of lanthanum and a combination of lanthanum and strontium, and Me is one or more transition metals;
Lithiated NiO (Li x NiO, where x is 0.1 to 1);
X is one of Mg, Ca and Co, LiNiO 2 doped with X,
A carbonate fuel cell comprising a thin film coating of a conductive ceramic comprising one of the following:
Aがランタンとランタンおよびストロンチウムの組み合わせのうちのすくなくとも1つであり、Meが1つ以上の遷移金属であるペロブスカイト構造AMeO3と、
リチウム化されたNiO(LixNiO、ここでxは0.1から1である)と、
XがMg、CaおよびCoのうちの1つであり、XがドープされたLiNiO2と、
のうちに1つを含む伝導性セラミックの薄膜コーティングを有することを特徴とする請求項9に記載の炭酸塩燃料電池。 Both the cathode current collector and the bipolar plate are
A perovskite structure AMeO 3 in which A is at least one of the combination of lanthanum and lanthanum and strontium, and Me is one or more transition metals;
Lithiated NiO (Li x NiO, where x is 0.1 to 1);
LiNiO 2 where X is one of Mg, Ca and Co, and X is doped;
10. A carbonate fuel cell according to claim 9 having a conductive ceramic thin film coating comprising one of them.
室温で125cpから1000cpの範囲の粘度を有し、リチウムカチオンおよびNiカチオンを含む粘性溶液と、少なくともLaカチオンおよびMeが遷移金属であるMeカチオンを含む粘性溶液とのうちの1つの粘性溶液を準備する工程と、
前記粘性溶液に基板を浸漬し、前記基板を前記粘性溶液から引き上げて、前記基板上に前記粘性溶液のコーティングを形成する工程と、
前記粘性溶液から引き上げた後に前記コーティングされた基板を加熱する工程と、を含むことを特徴とする製造方法。 A method of manufacturing a cathode current collector or bipolar plate of a carbonate fuel cell, comprising:
Preparing a viscous solution having a viscosity ranging from 125 cp to 1000 cp at room temperature and containing a lithium cation and a Ni cation and a viscous solution containing at least a La cation and a Me cation in which Me is a transition metal And a process of
Immersing the substrate in the viscous solution, lifting the substrate from the viscous solution to form a coating of the viscous solution on the substrate;
Heating the coated substrate after lifting from the viscous solution.
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0250983A (en) * | 1987-10-15 | 1990-02-20 | Tonen Corp | Electrode assembly for high temperature fuel cells and cathode current collector for high temperature fuel cells |
JPH07183038A (en) * | 1993-12-22 | 1995-07-21 | Toshiba Corp | Current collector for molten carbonate fuel cell |
JPH11233121A (en) * | 1998-02-18 | 1999-08-27 | Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden System Gijutsu Kenkyu Kumiai | Air electrode material for molten carbonate fuel cell and method for producing the same |
JPH11329453A (en) * | 1998-04-24 | 1999-11-30 | Korea Advanced Inst Of Sci Technol | Positive electrode for fused carbonate fuel cell and its manufacture |
JP2004523086A (en) * | 2001-05-03 | 2004-07-29 | フュエルセル エナジー, インコーポレイテッド | Cathode side hardware for sol-gel coated carbonate fuel cell |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4950562A (en) * | 1988-04-21 | 1990-08-21 | Toa Nenryo Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid electrolyte type fuel cells |
KR100196008B1 (en) * | 1995-10-31 | 1999-06-15 | 김징완 | Separator sheet for molten carbonate fuel cell |
US6054231A (en) * | 1998-07-24 | 2000-04-25 | Gas Research Institute | Solid oxide fuel cell interconnector |
KR100519938B1 (en) * | 2001-11-01 | 2005-10-11 | 한국과학기술연구원 | Anode for Molten Carbonate Fuel Cell Coated by Porous Ceramic Films |
AU2003237826A1 (en) * | 2002-05-07 | 2003-11-11 | The Regents Of The University Of California | Electrochemical cell stack assembly |
-
2005
- 2005-06-09 WO PCT/US2005/020153 patent/WO2006001995A2/en active Application Filing
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0250983A (en) * | 1987-10-15 | 1990-02-20 | Tonen Corp | Electrode assembly for high temperature fuel cells and cathode current collector for high temperature fuel cells |
JPH07183038A (en) * | 1993-12-22 | 1995-07-21 | Toshiba Corp | Current collector for molten carbonate fuel cell |
JPH11233121A (en) * | 1998-02-18 | 1999-08-27 | Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden System Gijutsu Kenkyu Kumiai | Air electrode material for molten carbonate fuel cell and method for producing the same |
JPH11329453A (en) * | 1998-04-24 | 1999-11-30 | Korea Advanced Inst Of Sci Technol | Positive electrode for fused carbonate fuel cell and its manufacture |
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