(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）表面の少なくとも一部が、電解研磨されていないか、又は電解研磨の影響が除去されており、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、
（ｂ）少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、前記少なくとも１つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨されており、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、前記少なくとも１つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分に、アルミニウム、鉄、クロム、及び酸素を含む酸化物スケールが成長し、前記酸化物スケールは、ヘマタイト構造を有し、鉄及びクロムの少なくとも一部が酸化物格子構造中のアルミニウムの一部と置き換えられている、固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、
該相互接続は、０．２〜４重量％のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム、及び少なくとも１つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、該フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含む、相互接続。
【請求項２】
前記少なくとも１つのガス流チャネルの前記表面の前記少なくとも一部分は電解研磨される、請求項１に記載の相互接続。
【請求項３】
少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つの表面を有するシーリングフランジングをさらに含む、請求項１に記載の相互接続。
【請求項４】
請求項１に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
【請求項５】
（ａ）表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを含む少なくとも１つのバイアと、
（ｂ）少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、前記少なくとも１つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨されており、そして前記少なくとも１つのガス流チャネルは、アルミニウム、鉄、クロム、及び酸素を含む酸化物スケールを含み、前記酸化物スケールはヘマタイト構造を有し、鉄及びクロムの少なくとも一部が酸化物格子構造中のアルミニウムの一部と置き換えられており、前記酸化物スケールは厚さ５ミクロン未満を有する、固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、
該相互接続は、０．２〜４重量％のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム、及び少なくとも１つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、該フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含む、相互接続。
【請求項６】
マンガン−クロメートスピネルを含む前記スケールは、厚さ１０ミクロン未満を有する、請求項５に記載の相互接続。
【請求項７】
前記少なくとも１つのガス流チャネルの前記表面の前記少なくとも一部分は電解研磨される、請求項５に記載の相互接続。
【請求項８】
表面の少なくとも一部分に、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有するアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを含むシーリングフランジをさらに含む、請求項５に記載の相互接続。
【請求項９】
請求項５に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
【請求項１０】
（ａ）表面の少なくとも一部が、電解研磨されていないか、又は電解研磨の影響が除去されており、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、
（ｂ）少なくとも１つの電解研磨された表面を含む少なくとも１つのガス流チャネルとを含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、
該相互接続は、０．３〜１重量％のアルミニウム及び少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成される、相互接続。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨される、請求項１０に記載の相互接続。
【請求項１２】
請求項１０に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
【請求項１３】
（ａ）燃料側と；
（ｂ）前記燃料側と向かい合う酸化剤側とを含み、該酸化剤側は、
（１）表面の少なくとも一部が、電解研磨されていないか、又は電解研磨の影響が除去されており、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、
（２）少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、前記少なくとも１つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨されており、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、前記少なくとも１つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分に、アルミニウム、鉄、クロム、及び酸素を含む酸化物スケールが成長し、前記酸化物スケールは、ヘマタイト構造を有し、鉄及びクロムの少なくとも一部が酸化物格子構造中のアルミニウムの一部と置き換えられている、固体酸化物燃料電池のための相互接続において、
該相互接続の前記酸化剤側は、０．２〜４のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム、及び少なくとも１つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、該フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含む、相互接続。
【請求項１４】
前記燃料側は：
（１）表面の少なくとも一部が、電解研磨されていないか、又は電解研磨の影響が除去されており、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、
（２）少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、前記少なくとも１つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨されており、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、前記少なくとも１つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分に、アルミニウム、鉄、クロム、及び酸素を含む酸化物スケールが成長し、前記酸化物スケールは、ヘマタイト構造を有し、鉄及びクロムの少なくとも一部が酸化物格子構造中のアルミニウムの一部と置き換えられており、
前記相互接続の前記燃料側は、０．２〜４重量％のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム、及び少なくとも１つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、該フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含む、請求項１３に記載の相互接続。
【請求項１５】
前記燃料側の前記ガス流チャネルの表面の前記少なくとも一部分は電解研磨される、請求項１４に記載の相互接続。
【請求項１６】
前記燃料側は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、該フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続された前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む層を含み、前記金属材料は、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、及びニッケル−銅合金からなる群から選択される、請求項１３に記載の相互接続。
【請求項１７】
前記燃料側は、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成され、前記金属材料は、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、及びニッケル−銅合金からなる群から選択される、請求項１３に記載の相互接続。
【請求項１８】
前記燃料側は、前記酸化剤側を形成する前記フェライト系ステンレス鋼と異なるフェライト系ステンレス鋼から形成される、請求項１３に記載の相互接続。
【請求項１９】
前記酸化剤側の前記ガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨される、請求項１３に記載の相互接続。
【請求項２０】
請求項１３に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
【請求項２１】
固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、該相互接続は、
（ａ）フェライト系ステンレス鋼から形成され、
（１）少なくとも１つのバイアと、
（２）少なくとも１つの電解研磨された一部分を含む少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、前記少なくとも１つのガス流チャネルは、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウム、鉄、クロム、及び酸素を含む酸化物スケールを成長させる少なくとも１つの表面を含み、前記酸化物スケールは、ヘマタイト構造を有し、鉄及びクロムの少なくとも一部が酸化物格子構造中のアルミニウムの一部と置き換えられている、酸化剤側と；
（ｂ）前記酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、該燃料側は、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含み、
前記金属材料は、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、及びニッケル−銅合金からなる群から選択される、相互接続。
【請求項２２】
前記酸化剤側の前記少なくとも１つのバイアは、表面の少なくとも一部が、電解研磨されていないか、又は電解研磨の影響が除去されており、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分に酸化クロム及びマンガン−クロメートスピネルのうちの少なくとも１つを含むスケールを成長させる、請求項２１に記載の相互接続。
【請求項２３】
前記酸化剤側は、０．２〜４のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム、及び少なくとも１つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、該フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含む、請求項２２に記載の相互接続。
【請求項２４】
前記相互接続の前記酸化剤側の前記少なくとも１つのガス流チャネルの少なくとも一部分は電解研磨される、請求項２１に記載の相互接続。
【請求項２５】
前記燃料側は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する前記金属材料は、前記燃料側の前記フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、請求項２１に記載の相互接続。
【請求項２６】
前記燃料側の前記フェライト系ステンレス鋼は、前記酸化剤側の前記フェライト系ステンレス鋼と異なる、請求項２５に記載の相互接続。
【請求項２７】
前記燃料側は、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する前記金属材料から形成される、請求項２１に記載の相互接続。
【請求項２８】
前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する前記金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である、請求項２１に記載の相互接続。
【請求項２９】
請求項２１に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
【請求項３０】
固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、該相互接続は、
（ａ）フェライト系ステンレス鋼から形成され、
（１）表面の少なくとも一部分に酸化クロム及びマンガン−クロメートスピネルのうちの少なくとも１つを含むスケールを含む少なくとも１つのバイアと、
（２）少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、前記少なくとも１つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分は電解研磨されており、前記少なくとも１つのガス流チャネルは表面の少なくとも一部分に、アルミニウム、鉄、クロム、及び酸素を含む酸化物スケールを含み、前記酸化物スケールは、ヘマタイト構造を有し、鉄及びクロムの少なくとも一部が酸化物格子構造中のアルミニウムの一部と置き換えられている、酸化剤側と；
（ｂ）前記酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、該燃料側は、前記固体酸化物燃料電池の稼働の最中に前記相互接続の前記燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含み、
前記金属材料は、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、及びニッケル−銅合金からなる群から選択される、相互接続。
【請求項３１】
請求項３０に記載の相互接続を含む、平坦な固体酸化物燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野及び背景技術】
【０００１】
関連出願に対するクロスリファレンス
本出願は、本明細書において参考のために特に引用する２００５年６月１５日に出願された"Interconnect for Solid Oxide Fuel Cells and Ferritic Stainless Steels Adapted for Use as Interconnects for Solid Oxide Fuel Cells"と称する米国仮出願第60/690,671号の恩典を請求する。
【０００２】
本開示は一般に、固体酸化物燃料電池（“ＳＯＦＣｓ”）と共に使用するための、及び平坦な固体酸化物燃料電池（“ＰＳＯＦＣｓ”）において使用してよい相互接続、並びにＳＯＦＣｓのための相互接続を形成するために使用してよいフェライト系ステンレス鋼に関する。例えば、本明細書において開示する特定の非限定具体例は、高温で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイア、及び高温で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つのガス流チャネルを含む相互接続に関する。他の非限定具体例は、フェライト系ステンレス鋼及びＳＯＦＣｓの特定の稼働条件下で酸化に耐える金属材料を含むＳＯＦＣｓのための相互接続に関する。開示する相互接続を含むＳＯＦＣｓ及びＰＳＯＦＣｓのための相互接続の製造方法も説明する。
【０００３】
固体酸化物燃料電池は、完全に固体状態材料で構成される燃料電池である。典型的に、ＳＯＦＣｓは、高速酸素イオン伝導性セラミック（fast oxygen ion-conducting ceramic）（典型的に、イットリア安定化済みジルコニアまたは“ＹＳＺ”）を電解質として使用し、約５００℃（９３２°F）〜１０００℃（１８３２°F）の温度範囲内で稼働して、固体状態輸送を促進する。単一のＳＯＦＣ“セル”または下位ユニットは、固体電解質によって分離されるアノード及びカソードを含む。電流生成ＳＯＦＣｓは典型的に最高約１０００℃までの温度で稼働するので、アノード及びカソードは、環境上の劣化を避けるために、一般にセラミック材料から構成される。アノード及びカソード層の両方は、ガスが通過してよい相互接続された細孔の網目構造を含み、良好な導電体である（例えば、これらは、本質的にイオン伝導率を示さない）。電流生成ＳＯＦＣｓにおいては、アノードは典型的に、導電性ニッケル／ＹＳＺ複合体（セラミック／金属複合体または“サーメット”）から形成され、ここで、ニッケルは、連続的な導電性通路を提供し、一方、ＹＳＺは、全複合体の熱膨張率を低減するのに及び細孔の網目構造が焼結閉鎖する（sintering shut）ことを防ぐのに役立つ。カソードは、例えば、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ３）に基づいてよく、これは、典型的に、ストロンチウム（ランタンの幾らかに取って代わって、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３を生じる）をドープされて、その電気伝導率を改良される。電解質は典型的に、十分に緻密なＹＳＺの薄い（アノード及びカソードと比較して）層である。
【０００４】
ＳＯＦＣセルの稼働の最中に、酸化剤（例えばＯ２または空気）をセルのカソードの近くの燃料電池中に供給し、ここで、これは、以下の半電池反応において外部回路から電子を受け入れる：
【０００５】
【化１】
0005614931.tif 000002
【０００６】
カソードにおける半電池反応において発生した酸素イオンは、固体状態拡散によってＹＳＺ電解質を通過して電解質／アノード界面に至り、ここで、これは、アノードの近くのＳＯＦＣに導入されている燃料、例えば水素と反応できる。稼働上、純粋な水素は供給されたまま使用できるが、炭化水素燃料の例えばメタン、灯油、またはガソリンは一般に、部分的に燃焼させるか、または改質して、水素及び一酸化炭素にしなければならない。これを、高い稼働温度によって及び蒸気注入によって助けられて、燃料電池内部で成し遂げてよい。燃料ガス混合物は、多孔質アノードを透過してアノード／電解質界面に至り、ここで、これは、以下の半電池反応においてＹＳＺ電解質からの酸素イオンと反応する：
【０００７】
【化２】
0005614931.tif 000003
【０００８】
上記に示したように、この半電池反応は、外部回路に再度入る電子を放出する。全電荷バランスを維持するために、電解質を通るカソードからアノードへの酸素イオン輸送が理由となる電荷の流れは、外部回路における電子伝導が理由となる電荷の流れによって平衡を保たれる。外部回路における電子の流れは、約１ボルトの電位を提供する。より大きな電圧を発生させるために、燃料電池は典型的に単一のユニットとして稼働するのではなく、むしろ、アノードと直ぐ接したセルのカソードとを接合し、これらの間に電流を伝導する“相互接続”を有する幾つかの個々のセルの直列配置で構成される“スタック”として稼働する。一般的なスタック設計は、平板または“平坦な”ＳＯＦＣ（または“ＰＳＯＦＣ”）である。ＰＳＯＦＣにおいては、少なくとも２つの、好ましくはより多くのＳＯＦＣｓを繰り返して順々に一緒に積み重ね、ここで、各個々のＳＯＦＣを、スタック内部の１つのＳＯＦＣのアノードと直ぐ接したＳＯＦＣのカソードとの間に位置決めされた相互接続によって分離する。
【０００９】
ＰＳＯＦＣの設計に依存して、相互接続は、反応物ガスを分離し、含むこと及びセルを直列で電気的に接続するように電流のための低抵抗通路を提供することを含む幾つかの機能を提供できる。相互接続はまた、燃料電池における単数または複数のその機能に依存して“二極性プレート（bipolar plate）”または“セパレーター”と呼ばれることがある。一般に、相互接続材料は、セル内部の厳しい高温条件に耐えなければならず；適切に導電性がなければならず（材料の表面に形成される任意の酸化物または他の表面膜を含む）；及びセル内部のセラミック電極のＣＴＥと十分に同様の熱膨張率（ＣＴＥ）を有して、燃料電池スタックの必要な構造健全性（structural integrity）及び気密性を確実にしなければならない。
【００１０】
初期のＰＳＯＦＣ設計は、ドープしたランタンクロメート（ＬａＣｒＯ３）セラミック材料を相互接続材料として使用した。ＬａＣｒＯ３セラミックは、ＳＯＦＣｓが稼働する高温で劣化せず、燃料電池の他のセラミック構成要素と実質的に一致する熱膨張率を有する。ＬａＣｒＯ３セラミックは、しかしながら、脆く、製造するのが困難であり、極めて高価である。こうした欠陥に対処するため、金属相互接続が、ＰＳＯＦＣｓにおいて使用するために提案された。こうしたものは、ニッケル基合金、例えばＡＬ  ６００ＴＭ合金、及び特定のオーステナイト系ステンレス鋼、例えば原型がタイプ３０４合金である３００シリーズ群から形成された相互接続を含む。フェライト系ステンレス鋼、例えばアルファ−ＩＩＴＭ（ALFA-IIＴＭ）合金、Ｅ−ブライト（登録商標）（E-BRITE（登録商標））合金及びＡＬ  ４５３ＴＭ合金も、ＰＳＯＦＣ相互接続において使用するために提案された。表Ｉは、前述のニッケル基及びステンレス鋼合金のための名目組成を提供し、これらの合金の全ては、アレガニー・ルディウム・コーポレーション、ピッツバーグ、ペンシルベニア（Allegheny Ludlum Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania）から入手可能である。
【００１１】
【表１】
0005614931.tif 000004
【００１２】
電流生成ＳＯＦＣの場合に典型的な稼働温度で、ＳＯＦＣのアノードの近くの酸素の分圧（または“ｐＯ２”）は一般に、導電体｛例えば、銅及びニッケル）として一般に使用される様々な金属が酸化物を形成するために必要なｐＯ２よりも低い。しかしながら、ＳＯＦＣのカソードの近くのｐＯ２は一般に、酸化物形成のために必要なｐＯ２よりも高い。従って、ＳＯＦＣのカソードの最も近くの酸化剤にさらされた時に、表面酸化物層がこうした金属から製造された相互接続の表面に形成する傾向がある。
【００１３】
金属は一般に、ＰＳＯＦＣ稼働に特徴的な温度で高い抵抗率を有するかまたは時間と共に急速に厚くなる酸化物を形成するので、金属相互接続の面積比抵抗（area specific resistance）（または“ＡＳＲ”）、並びに取り入れるＰＳＯＦＣスタックの抵抗率は、ＰＳＯＦＣの稼働の最中に時間と共に増大する傾向がある。例えば、特定の合金は、高温で酸素にさらされることによって、極めて遅い速度で厚くなる（例えば、アルファ−ＩＩ（登録商標）合金のＡｌ２Ｏ３スケール）かまたは非常に導電性がある（例えば、純粋なまたは分散強化形ニッケルのＮｉＯスケール）表面酸化物を形成する。しかしながら、こうした２つの一見全く共通点のないファクター（抵抗率及び酸化物形成の速度）を制御する根底にある機構は、本質的に同じである（酸化物の電子欠陥構造）。従って、ゆっくり成長する及び導電性があるの両方である非常に少ない金属酸化物が存在する。
【００１４】
ステンレス鋼は、部分的には、その従来の形態で、これは、主に酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）からなるスケールを成長させるので、潜在的な相互接続材料として関心を引いた。この酸化物スケールは、典型的な電流生成ＳＯＦＣ稼働温度で、比較的にゆっくり成長する及びかなり導電性があるの両方である。フェライト系ステンレス鋼は特に、低コスト、良好な製造可能性、及びセラミックと適合するＣＴＥを含むこれをＰＳＯＦＣ相互接続用途のために魅力的にする特定の特性を有する。しかし、ＰＳＯＦＣの稼働の最中のステンレス鋼相互接続の酸化は、時間と共にＰＳＯＦＣの電気的性質の望ましくない劣化を生じることがある。
【００１５】
ＰＳＯＦＣ用途におけるステンレス鋼の利用に対する別の潜在的な欠点は、特に水または水素の存在下で、稼働の最中に、ステンレス鋼の表面のクロムに富んでいる酸化物スケールから発生することがあるクロムを含む蒸気種（chromium-bearing vapor species）による、ＳＯＦＣｓにおいて使用する多孔質電極、特にカソードの“毒作用”である。水蒸気はしばしば、稼働できるＰＳＯＦＣのガス流れ中に存在するので、より低い温度での揮発性のクロムオキシヒドロキシド（例えば、ＣｒＯ２（ＯＨ）２）の形成は、問題を悪化させ得る。加えて、相互接続から隣接するカソードへのクロムの固体状態拡散がＰＳＯＦＣの稼働の最中に起きることがあり、またカソード毒作用の一因となることがある。ステンレス鋼相互接続の表面のマンガン−クロメートスピネル層の形成は、ＰＳＯＦＣの稼働の最中のこのようなクロム移動（例えば、クロムを含む蒸気種の発生及び／またはクロムの固体状態拡散）を低減することがあるが、十分なクロムが相互接続の表面で存在する場合、カソード毒作用を生じるクロム移動が依然として起きることがある。
【００１６】
様々な構造がＳＯＦＣ相互接続のために提案された。例えば、米国特許第6,326,096号は、アノードを向いた面、カソードを向いた面、及びアノードを向いた面の表面の金属層、好ましくはニッケルまたは銅を有する超合金金属層を有する固体酸化物燃料電池のための相互接続を開示している（要約を参照されたい）。開示された超合金は、インコネル（登録商標）（Inconel（登録商標））合金、ヘイネス（登録商標）（Haynes（登録商標））合金、ハステロイ（登録商標）（Hastelloy（登録商標））合金、及びオーステナイト系ステンレス鋼を含む（第４欄、６０〜６３行を参照されたい）。
【００１７】
米国特許第4,781,996号は、燃料電池のアノード及びカソードの各々の背面に積層され、セパレータープレートの線膨張率を電解質プレートの膨張率と一致させるために約２５〜６０％のニッケルを含むニッケル含有鉄合金で製造されたセパレータープレートを開示している（第３欄、１８〜２７行を参照されたい）。さらに、耐酸化性処理材料（oxidation resistant treating material）をセパレーターのカソード側に結合し、アルカリ耐食性処理材料をセパレーターのアノード側に結合する（第４欄、２４〜２９行を参照されたい）。
【００１８】
米国特許第5,227,256号は、ステンレス鋼をカソード面の表面に使用してよく、ニッケルまたは銅をアノード面の表面に使用してよい、燃料電池のためのバイメタルセパレータープレートを開示している（第１１欄、３４〜３８行を参照されたい）。さらに、ニッケルまたは銅はセパレータープレートの厚さの約１０％としてよい（第１欄、３８〜４０行を参照されたい）。特に開示するのは、３００シリーズステンレス鋼合金である（第１１欄、４０〜４２行を参照されたい）。
【００１９】
米国特許第5,733,683号は、高温燃料電池のための金属二極性プレートを開示しており、プレートは、燃料電池の電極と接触するように適合させた表面を有する本体及びガスを制限する壁を有する通路を有する。プレートの本体は、表面で酸化可能であり、酸化クロムを形成するクロム含有合金で構成され、合金は、少なくとも、ガスと直接接触した状態になっている壁の領域においてアルミニウムで富化されている（要約を参照されたい）。アルミニウム富化を、従来のアルミニウム拡散プロセスを使用して実行でき、ここで、プレートを、不活性材料（例えばＡｌ２Ｏ３）、塩化物／フッ化物活性化剤（例えばＮａＣｌ）及びアルミニウム粉末の粉末混合物でコーティングし、アルゴン下で６００℃〜１３００℃にさらすか、またはＣＶＤ若しくはＰＶＤを使用してコーティングする（第３欄、４３〜５７行を参照されたい）。その後、アルミニウム富化が望ましくないプレートの表面（例えば電気的接触表面）を研削して、材料の富化された層を除去する。研削に対処するために、プレートの本体をサイズを大きくして、材料除去を引き起こす（第３欄、５７〜６２行を参照されたい）。
【００２０】
カナダ特許第2,240,270号は、ガス案内表面の領域において電気的に絶縁性の腐食低減層及び電極接触表面の領域においてコバルト、ニッケルまたは鉄富化層を有する酸化クロム形成合金からなる二極性プレートを開示している（要約を参照されたい）。米国特許第5,733,683号に関して上記に検討したように、電極接触表面から電気的に絶縁性の層を除去するために研削を必要とする；従って、プレートをサイズを大きくして、材料除去を引き起こす（８ページ、１０〜１５行を参照されたい）。
【００２１】
米国特許公開第2003/0059335号は、１２〜２８重量％のクロム、０．０１〜０．４重量％のＬａ、０．２〜１．０重量％のＭｎ、０．１〜０．４重量％のＴｉ、０．２重量％未満のＳｉ、及び０．２重量％未満のＡｌを含む酸化クロム形成鉄合金からなる高温材料において、温度７００℃〜９５０℃で、材料は、ＭｎＣｒ２Ｏ４スピネル相を形成し、ＳＯＦＣのための二極性プレートを形成するために使用できる、高温材料を開示している（要約及び節［００３２］を参照されたい）。
【００２２】
ＰＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続によって経験される環境条件に適応した酸化特性を有し、所望の特性を実現するために高温処理も、サイズを大きくすることも高価な超合金の使用も必要とせず、取り入れるＰＳＯＦＣの改良された電気的性能に対処することができる、ＳＯＦＣｓのための相互接続に対する必要が、依然として存在する。さらに、ＳＯＦＣ環境のために組成的に適応し、このような相互接続を製造できるフェライト系ステンレス鋼に対する必要が存在する。
【発明の開示】
【００２３】
本明細書において開示する様々な非限定具体例は、固体酸化物燃料電池と共に使用するための相互接続に関する。例えば、１非限定具体例は、ガス不浸透性本体を含む固体酸化物燃料電池と共に使用するための相互接続であって、ガス不浸透性本体は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、（ａ）バイア及びガス流チャネルを含む燃料側と、（ｂ）燃料側と向かい合う酸化剤側とを含み、酸化剤側はバイア及びガス流チャネルを含む、相互接続において；固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料は、本体の燃料側の表面のフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、相互接続に関する。
【００２４】
別の非限定具体例は、複合体本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、複合体本体は、（ａ）フェライト系ステンレス鋼から形成された酸化剤側と；（ｂ）酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、燃料側は、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成される、相互接続に関する。
【００２５】
別の非限定具体例は、ガス不浸透性本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、ガス不浸透性本体は、重量％で、０〜０．１未満のアルミニウム、０〜０．１未満のケイ素、２１〜３５のクロム、１を超える〜２のマンガン、０．００２〜０．１の炭素、０〜０．０４の窒素、０〜１のモリブデン、０〜０．５のニッケル、０〜０．０５のランタン、０〜０．１のセリウム、０〜０．１のジルコニウム、０〜０．５のチタン、０〜０．１のタンタル、０〜０．２のニオブ、鉄及び不純物を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、（ａ）バイア及びガス流チャネルを含む燃料側と、（ｂ）燃料側と向かい合う酸化剤側とを含み、酸化剤側はバイア及びガス流チャネルを含む、相互接続において、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料は、本体の燃料側の表面のフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、相互接続に関する。
【００２６】
別の非限定具体例は、複合体本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、複合体本体は、（ａ）重量％で、０〜０．１未満のアルミニウム、０〜０．１未満のケイ素、２１〜３５のクロム、１を超える〜２のマンガン、０．００２〜０．１の炭素、０〜０．０４の窒素、０〜１のモリブデン、０〜０．５のニッケル、０〜０．０５のランタン、０〜０．１のセリウム、０〜０．１のジルコニウム、０〜０．５のチタン、０〜０．１のタンタル、０〜０．２のニオブ、鉄及び不純物を含むフェライト系ステンレス鋼から形成された酸化剤側と；（ｂ）酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、燃料側は、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成される、相互接続に関する。
【００２７】
さらに別の非限定具体例は、ガス不浸透性本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、ガス不浸透性本体は、重量％で、０〜０．０５のアルミニウム、０〜０．０５のケイ素、２３〜２７のクロム、１を超える〜２のマンガン、０．００２〜０．１の炭素、０〜０．０４の窒素、０．７５〜１のモリブデン、０〜０．３のニッケル、０〜０．０５のランタン、０〜０．１のセリウム、０〜０．０５のジルコニウム、チタン、タンタル及びニオブの量は、式：０．４重量％≦［％Ｎｂ＋％Ｔｉ＋１／２（％Ｔａ）］≦１重量％を満たすような量のチタン、タンタル及びニオブのうちの少なくとも１つ、鉄並びに不純物を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、（ａ）バイア及びガス流チャネルを含む燃料側と、（ｂ）燃料側と向かい合う酸化剤側とを含み、酸化剤側はバイア及びガス流チャネルを含む、相互接続において、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料は、本体の燃料側の表面のフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、相互接続に関する。
【００２８】
さらに別の非限定具体例は、複合体本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、複合体本体は、（ａ）重量％で、０〜０．０５のアルミニウム、０〜０．０５のケイ素、２３〜２７のクロム、１を超える〜２のマンガン、０．００２〜０．１の炭素、０〜０．０４の窒素、０．７５〜１のモリブデン、０〜０．３のニッケル、０〜０．０５のランタン、０〜０．１のセリウム、０〜０．０５のジルコニウム、チタン、タンタル及びニオブの量は、式：０．４重量％≦［％Ｎｂ＋％Ｔｉ＋１／２（％Ｔａ）］≦１重量％を満たすような量のチタン、タンタル及びニオブのうちの少なくとも１つ、鉄並びに不純物を含むフェライト系ステンレス鋼から形成された酸化剤側と；（ｂ）酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、燃料側は、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成される、相互接続に関する。
【００２９】
別の非限定具体例は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、（ａ）燃料側と、（ｂ）燃料側と向かい合う酸化剤側とを含む本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続において、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料は、本体の燃料側の表面のフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続され、ニッケル基超耐熱合金は、本体の酸化剤側の表面のフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、相互接続に関する。
【００３０】
別の非限定具体例は、複合体本体を含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、複合体本体は、（ａ）フェライト系ステンレス鋼から形成された酸化剤側と、（ｂ）酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、燃料側は、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成される、相互接続において、ニッケル基超耐熱合金は、相互接続の酸化剤側の表面のフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、相互接続に関する。
【００３１】
他の非限定具体例は、固体酸化物燃料電池と共に使用するための相互接続の製造方法に関する。例えば、１非限定具体例は、（ａ）金属材料をフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続し、金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと；（ｂ）フェライト系ステンレス鋼から相互接続を形成することと；を含む、相互接続の製造方法に関する。
【００３２】
別の非限定具体例は、（ａ）金属材料をフェライト系ステンレス鋼シート材料の少なくとも一部分の表面にクラッディングし、金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと；（ｂ）クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成することと；を含む、相互接続の製造方法に関する。
【００３３】
別の非限定具体例は、（ａ）フェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成することと；（ｂ）金属材料を相互接続の少なくとも１つの表面の少なくとも一部分にめっきすることと；を含み、金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である、相互接続の製造方法に関する。
【００３４】
１非限定具体例は、（ａ）少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、（ｂ）少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、固体酸化物燃料電池のための相互接続であって；相互接続は、０．２〜４重量％のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム、及び少なくとも１つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含む、相互接続に関する。
【００３５】
別の非限定具体例は、（ａ）表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを含む少なくとも１つのバイアと、（ｂ）表面の少なくとも一部分に鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有するアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを含む少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは厚さ５ミクロン未満を有する、固体酸化物燃料電池のための相互接続であって；相互接続は、０．２〜４重量％のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム、及び少なくとも１つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含む、相互接続に関する。
【００３６】
さらに別の非限定具体例は、（ａ）少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、（ｂ）少なくとも１つの電解研磨された表面を含む少なくとも１つのガス流チャネルとを含む固体酸化物燃料電池のための相互接続であって；相互接続は、フェライト系ステンレス鋼から形成される、相互接続に関する。
【００３７】
さらに他の非限定具体例は、（ａ）燃料側と；（ｂ）燃料側と向かい合う酸化剤側とを含み、酸化剤側は、（１）少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、（２）少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、固体酸化物燃料電池のための相互接続において、相互接続の酸化剤側は、０．２〜４重量％のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム、及び少なくとも１つの希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成され、但し、フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含む、相互接続に関する。
【００３８】
別の非限定具体例は、固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、相互接続は、（ａ）フェライト系ステンレス鋼から形成され、（１）少なくとも１つのバイアと、（２）少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つの表面を含む少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、酸化剤側と；（ｂ）酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、燃料側は、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む、相互接続に関する。
【００３９】
別の非限定具体例は、固体酸化物燃料電池のための相互接続であって、相互接続は、（ａ）フェライト系ステンレス鋼から形成され、（１）表面の少なくとも一部分に酸化クロム及びマンガン−クロメートスピネルのうちの少なくとも１つを含むスケールを含む少なくとも１つのバイアと、（２）表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを含む少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、酸化剤側と；（ｂ）酸化剤側と向かい合う燃料側とを含み、燃料側は、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む、相互接続に関する。
【００４０】
他の非限定具体例は、固体酸化物燃料電池と共に使用するための相互接続の製造方法に関する。例えば、１非限定具体例は、（ａ）フェライト系ステンレス鋼から相互接続を形成し、相互接続は、燃料側及び燃料側と向かい合う酸化剤側を有し、酸化剤側及び燃料側の各々は、バイア及びガス流チャネルを含むことと；（ｂ）相互接続の酸化剤側の少なくとも１つのガス流チャネルの少なくとも一部分を選択的に電解研磨することと；を含む、相互接続の製造方法に関する。
【００４１】
別の非限定具体例は、（ａ）フェライト系ステンレス鋼から相互接続を形成し、相互接続は、バイア及びガス流チャネルを含むことと；（ｂ）相互接続の少なくとも少なくとも酸化剤側を電解研磨することと；（ｃ）相互接続の酸化剤側の少なくとも１つのバイアの少なくとも１つの電解研磨された表面から材料を物理的にまたは化学的に除去することと；を含む、相互接続の製造方法に関する。
【００４２】
さらに別の非限定具体例は、（ａ）金属材料をフェライト系ステンレス鋼シート材料の表面の少なくとも一部分に接続し、金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと；（ｂ）フェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成し、相互接続は、フェライト系ステンレス鋼を含む酸化剤側及び金属材料を含み、酸化剤側と向かい合う燃料側を有し、相互接続の酸化剤側及び燃料側の各々は、バイア及びガス流チャネルを含むことと；（ｃ）相互接続の酸化剤側の少なくとも１つのガス流チャネルの少なくとも一部分を電解研磨することと；を含む、相互接続の製造方法に関する。
【００４３】
さらに別の非限定具体例は、（ａ）フェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成し、相互接続は、酸化剤側及び酸化剤側と向かい合う燃料側を有し、相互接続の酸化剤側及び燃料側の各々は、バイア及びガス流チャネルを含むことと；（ｂ）相互接続の酸化剤側の少なくとも１つのガス流チャネルの少なくとも一部分を電解研磨することと；（ｃ）金属材料を相互接続の燃料側の表面の少なくとも一部分に接続し、金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと：を含む、相互接続の製造方法に関する。
【００４４】
他の非限定具体例は、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続を含む平坦な固体酸化物燃料電池に関する。
本明細書において開示する様々な非限定具体例は、重量％で、０〜０．１未満のアルミニウム、０〜０．１未満のケイ素、２１〜３５のクロム、１を超える〜２のマンガン、０．００２〜０．１の炭素、０〜０．０４の窒素、０〜１のモリブデン、０〜０．５のニッケル、０〜０．０５のランタン、０〜０．１のセリウム、０〜０．１のジルコニウム、０〜０．５のチタン、０〜０．１のタンタル、０〜０．２のニオブ、鉄及び不純物を含むフェライト系ステンレス鋼に関する。
【００４５】
他の非限定具体例は、重量％で、０〜０．０５のアルミニウム、０〜０．０５のケイ素、２１〜２４のクロム、１を超える〜２のマンガン、０．００２〜０．１の炭素、０〜０．０４の窒素、０〜１のモリブデン、０〜０．３のニッケル、０．０２〜０．０４のランタン、０〜０．１のジルコニウム、０〜０．１のチタン、０〜０．１のタンタル、０〜０．１のニオブ、セリウム、鉄及び不純物を含むフェライト系ステンレス鋼において、セリウムの重量％及びランタンの重量％の和は０．０３〜０．０６の範囲にわたる、フェライト系ステンレス鋼に関する。
【００４６】
さらに他の非限定具体例は、重量％で、０〜０．０５のアルミニウム、０〜０．０５のケイ素、２３〜２７のクロム、１を超える〜２のマンガン、０．００２〜０．１の炭素、０〜０．０４の窒素、０〜１のモリブデン、０〜０．３のニッケル、０〜０．０５のランタン、０〜０．１のセリウム、０〜０．１のジルコニウム、０〜０．５のチタン、０〜０．１のタンタル、０．０５〜０．２のニオブ、鉄及び不純物を含むフェライト系ステンレス鋼に関する。
【００４７】
さらに他の非限定具体例は、重量％で、０〜０．０５のアルミニウム、０〜０．０５のケイ素、２３〜２７のクロム、１を超える〜２のマンガン、０．００２〜０．１の炭素、０〜０．０４の窒素、０．７５〜１のモリブデン、０〜０．３のニッケル、０〜０．０５のランタン、０〜０．１のセリウム、０〜０．０５のジルコニウム、チタン、タンタル及びニオブの量は、式：
０．４重量％≦［％Ｎｂ＋％Ｔｉ＋１／２（％Ｔａ）］≦１重量％、
を満たすような量のチタン、タンタル及びニオブのうちの少なくとも１つ、鉄並びに不純物を含むフェライト系ステンレス鋼に関する。
【００４８】
他の非限定具体例は、本明細書において開示するフェライト系ステンレス鋼を使用して製造されたＳＯＦＣｓと共に使用するための相互接続及びそれを含むＰＳＯＦＣに関する。
【００４９】
本明細書において説明する様々な非限定具体例は、図面と共に読むことでより良く理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本明細書及び添付の請求の範囲において使用するように、“ある（a）”、“ある（an）”及び“その（the）”という冠詞は、特に及び明瞭に１つの指示物に限定されない限り、複数の指示物を含む。加えて、本明細書のために、特に断らない限り、本明細書において使用する量、例えば重量％及び処理パラメータ、及び他の特性またはパラメータを表す全ての数は、全ての場合に“約”という用語によって修正されることは理解できるはずである。従って、特に断らない限り、以下の明細書及び添付の請求の範囲において述べる数値パラメータは、近似であることは理解できるはずである。少なくとも、また、請求の範囲に対する均等論の適用を限定しようとしてではなく、数値パラメータは、報告された有効数字の数、及び通常の丸め技術の適用を考慮して読まれるべきである。
【００５１】
さらに、本発明の広い範囲を述べる数値の範囲及びパラメータは、上記に検討したように近似であるが、実施例の節において述べる数値をできる限り正確に報告する。しかしながら、このような数値は、本質的に、測定装置及び／または測定技術から生じる特定の誤差を含むことは理解できるはずである。
【００５２】
上記に検討したように、ステンレス鋼、特にフェライト系ステンレス鋼は、ＳＯＦＣ相互接続のための可能な費用効果的な交換材料とみなされてきた。しかしながら、稼働できるＳＯＦＣのアノード及びカソードの両方の最も近くの環境条件は、大部分の鉄−クロム（“Ｆｅ−Ｃｒ”）含有ステンレス鋼の酸化を引き起こすことがある。酸化された相互接続は一般に、酸化されていない相互接続よりも効果的でない電流導体であるので、燃料電池内部の相互接続表面の酸化物スケールが厚さが増大するにつれて、全体として燃料電池スタックの効率は時間と共に減少することがある。電流生成金属相互接続の固有の制限は、相互接続表面の過剰な酸化を防ぐために、利用可能なＳＯＦＣ及びＰＳＯＦＣ設計を、比較的に非効率な低温稼働（約７００℃（１２９２°F））に制限してきた。
【００５３】
本明細書において使用する“相互接続”という用語は、１つの構成要素を別の構成要素に接続する（電気的に及び／または機械的に）装置を意味する。さらに、必要ではないが、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続は、ＳＯＦＣの稼働の最中に使用するガス状反応物の流れを分離する及び／または指向するのにも役立つことがある。例えば、先に検討したように、典型的に、１つのＳＯＦＣのカソードと直ぐ接したＳＯＦＣのアノードとの間に挿入され、電気的相互接続をＳＯＦＣｓ同士の間に提供し、ガス状反応物の流れを分離し、指向するのに役立つ相互接続によって、ＰＳＯＦＣにおいて直ぐ接したＳＯＦＣｓを一緒に接続する。本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続をまた使用して、１つのＰＳＯＦＣのＳＯＦＣを別のＰＳＯＦＣのＳＯＦＣに接続してよい。例えば、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続は、ＰＳＯＦＣの“末端プレート”を形成することができ、そのＰＳＯＦＣを隣接するＰＳＯＦＣにまたは、他に、系における別の構成要素に電気的に及び／または機械的に接続するのに役立つことができる。
【００５４】
ここから図１を参照すると、電流生成ＰＳＯＦＣｓにおいて使用するための典型的な形状を有する相互接続（一般に図１に１０として示す）の概略斜視図が示される。相互接続の正確な設計は、ＰＳＯＦＣ及び含まれる個々のＳＯＦＣｓの設計に依存しようということは、当業者であれば了解できよう。従って、図１に示す相互接続形状は、本発明に従う相互接続の可能な形状を限定することを意図されているのではなく、説明のためにのみ提供される。図１に示すように、相互接続１０は、第１の側１４及び第１の側と向かい合う第２の側１６を有する。第１及び第２の側の両方は、少なくとも１つのガス流チャネル１８及び少なくとも１つのバイア２０を有する。本明細書において使用する“バイア”という用語は、導電性通路を意味する。ＰＳＯＦＣにおいて２つの隣接するＳＯＦＣ同士の間に位置決めされた場合に、相互接続の１つの側の表面のバイアは、スタックにおけるＳＯＦＣｓのうちの１つと電気的に接触し、一方、相互接続の向かい合う側の表面のバイアは、スタックにおける隣接するＳＯＦＣの反対に帯電した電極と電気的に接触し、１つのＳＯＦＣから隣のものへの電流の流れを可能にする。例えば、図２に示すように、ＰＳＯＦＣ（一般に２１１として示す）の相互接続２１０を位置決めし、その結果、相互接続２１０の側２１４の表面のバイア２２０ａは、１つのＳＯＦＣ（一般に２２３として示す）のカソード２２２に隣接し、一方、相互接続２１０の側２１６の表面のバイア２２０ｂは、スタックにおける隣接するＳＯＦＣ（一般に２２５として示す）のアノード２２４に隣接する。図２に示すように、ＳＯＦＣ２２３は、カソード２２２、電解質２３０及びアノード２３２を含み、ＳＯＦＣ２２５は、アノード２２４、電解質２３４及びカソード２３６を含む。
【００５５】
引き続き図２に関連して、ＰＳＯＦＣの稼働の最中に、ガスは、相互接続２１０の両方の側（２１４、２１６）の表面のガス流チャネル２１８ａ、２１８ｂを通って流れる。アノード２２４に隣接する相互接続２１０の側２１６の表面のガス流チャネル２１８を通って流れるガスは、燃料に富んでいるガス、例えば水素に富んでいるガスであり；一方、カソード２２２に隣接する側２１４の表面のガス流チャネル２１８を通って流れるガスは、酸化剤に富んでいるガス、典型的に空気である。従って、相互接続２１０の側２１４は、ＰＳＯＦＣの稼働の最中にカソード２２２の近くの酸素に富んでいる環境にさらされ、側２１６は、ＰＳＯＦＣの稼働の最中にアノード２２４の近くの燃料に富んでいる環境にさらされる。相互接続に関連して本明細書において使用する“酸化剤側”という用語は、取り入れるＰＳＯＦＣの稼働の最中にＳＯＦＣのカソードに隣接するかまたは隣接するであろう相互接続の側、例えば、図２の側２１４を指す。さらに、相互接続に関連して本明細書において使用する“燃料側”という用語は、取り入れるＰＳＯＦＣの稼働の最中にＳＯＦＣのアノードに隣接するかまたは隣接するであろう相互接続の側、例えば、図２の側２１６を指す。
【００５６】
本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続をここから説明する。１非限定具体例は、ＳＯＦＣｓのための相互接続であって、相互接続は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、相互接続を提供する。本明細書において使用する“スケール”という用語は、材料の表面におけるまたは表面の酸化生成物を指す。
【００５７】
先に検討したように、フェライト系ステンレス鋼は、酸化雰囲気（例えばＳＯＦＣの稼働の最中に見られるもの）にさらされた時に、導電性のクロムに富んでいる酸化物スケールを形成するその能力及びその比較的に低いＣＴＥが主として理由となって、ＳＯＦＣ相互接続用途において使用するために検討されてきた。しかしながら、ＳＯＦＣ相互接続用途におけるフェライト系ステンレス鋼の利用に対する１欠点は、ＳＯＦＣの稼働の最中に形成するクロムに富んでいる酸化物スケールからのクロム移動（例えば、クロムを含む蒸気種の発生及び／または固体状態クロム拡散）が理由となる、ＳＯＦＣにおいて使用する多孔質電極、特にカソードの毒作用の可能性である。先に検討したように、水蒸気はしばしば、稼働できるＳＯＦＣのガス流れ中に存在するので、特に相互接続のガス流チャネルにおける揮発性のクロムオキシヒドロキシドの形成は、この問題を悪化させることがある。
【００５８】
クロムに富んでいる酸化物スケールとは異なり、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、稼働できるＳＯＦＣのガス流れ中に存在する水蒸気によって本質的に影響されない。さらに、フェライト系ステンレス鋼の表面のアルミニウムに富んでいる酸化物スケールの形成は、ＳＯＦＣの稼働の最中にフェライト系ステンレス鋼の表面からのクロム移動を低減するかまたは防ぐことがある。しかしながら、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは高い抵抗率を有するので、電気的接触表面（例えば、バイア表面）のアルミニウムに富んでいる酸化物スケールの形成は一般に望ましくない。マンガン−クロメートスピネルを含むスケールは幾つかのステンレス鋼の表面に形成することができ、かなり良好な導電体であるが、先に検討したように、十分なクロムがスケール中に存在する場合、カソード毒作用を生じるクロム移動が依然として起きることがある。
【００５９】
任意の特定の理論によって束縛されることを意図するものではないが、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続のガス流チャネルの少なくとも表面を選択的に処理し、その結果、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールが処理された表面の少なくとも一部分に形成できるようにすることによって、その表面からのクロム移動を、相互接続のＡＳＲを有害に生じることなく低減できると予測されている。すなわち、ガス流チャネルの表面は、隣接する電極と直接接触した状態になっていないので（例えば図２に示すように）、ガス流チャネルの表面のアルミニウムに富んでいる酸化物スケールの形成は、相互接続のＡＳＲを有害に生じないはずである。しかしながら、通って流れるガスの高水蒸気含量が部分的には理由となって、クロムを含む蒸気種の形成の傾向が最もある相互接続の領域はガス流チャネルであるので、こうした表面のアルミニウムに富んでいる酸化物スケールの形成は、ＳＯＦＣの稼働の最中のこうした表面からのクロムを含む蒸気種の形成の量及び／または速度を低減することができ、その結果として、カソード毒作用の発生を低減することができると予測されている。
【００６０】
少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つの表面をガス流チャネルは含む、本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、相互接続を、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールの形成を可能にするのに十分な合金含量を含むＦｅ−Ｃｒフェライト系ステンレス鋼から形成してよい。例えば、様々な非限定具体例によれば、相互接続を、０．３〜１重量％のアルミニウム、及び少なくとも１つの希土類元素（例えば、限定するものではなく、セリウム、ランタン、及びプラセオジム）を含むフェライト系ステンレス鋼から形成してよく、但し、フェライト系ステンレス鋼は、合計で少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含む。さらに、バイアの表面の少なくとも一部分でのマンガン−クロメートスピネルを含むスケールの形成に対処するために（上記に検討したように）、様々な非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、０．２〜４重量％のマンガンをさらに含んでよい。
【００６１】
０．２〜４重量％のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム及び本明細書において開示する様々な非限定具体例と共に使用できる少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼の１特定の非限定例は、０．００２〜０．１重量％の炭素、２１〜３５重量％のクロム、０．２〜４重量％のマンガン、０．３〜０．５重量％のアルミニウム、０〜０．０５重量％のランタン、０〜０．１重量％のセリウム、並びに鉄及び不純物を含むフェライト系ステンレス鋼であり、但し、ランタンの重量％及びセリウムの重量％の和は少なくとも０．０３である。
【００６２】
０．２〜４重量％のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム及び本明細書において開示する様々な非限定具体例と共に使用できる少なくとも０．０３重量％の希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼の別の非限定例は、０．００２〜０．１重量％の炭素、０〜０．０３重量％の窒素、２１〜２４重量％のクロム、０〜０．３重量％のニッケル、０〜０．４重量％のモリブデン、０．２〜０．５重量％のマンガン、０．５〜０．８重量％のアルミニウム、０〜０．５重量％のケイ素、０〜０．０２重量％のニオブ、０〜０．０１重量％のチタン、０．００８〜０．０２重量％のランタン、セリウム、鉄及び不純物を含むフェライト系ステンレス鋼であり、ここで、ランタンの重量％及びセリウムの重量％の和は０．０３〜０．０６重量％の範囲にわたる。このようなフェライト系ステンレス鋼の１つの市販の非限定例は、ＡＬ  ４５３ＴＭフェライト系ステンレス鋼合金であり、ピッツバーグ、ＰＡのアレガニー・ルディウム・コーポレーションから入手可能である。
【００６３】
他に、及び下記により詳細に検討するように、相互接続の１つの側のみ（例えば酸化剤側）が、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つの表面を含むガス流チャネルを含む場合、相互接続の側または部分を、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールの形成を可能にするのに十分な合金含量を有するフェライト系ステンレス鋼から形成してよく、一方、相互接続の他の向かい合う側（例えば燃料側）を、０．３重量％未満のアルミニウムを含むフェライト系ステンレス鋼から形成してよい。０．３重量％未満のアルミニウムを含むフェライト系ステンレス鋼の非限定例を下記により詳細に述べる。
【００６４】
先に検討したように、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続は、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つのガス流チャネルを含むことができる。さらに、様々な非限定具体例によれば、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含んでよい。より詳細には、本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、アルミニウム、鉄、クロム及び酸素を含んでよい（ここで、鉄及びクロム陽イオンの少なくとも一部分は、酸化アルミニウム格子組織中のアルミニウム陽イオンの一部分に取って代わり、ヘマタイト構造を有してよい。特に、ヘマタイト構造は、格子パラメーターａ０及びｃ０を有してよく、ここで、ａ０は４．９５オングストローム｛すなわち、１０−１０m）〜５．０４オングストロームの範囲にわたり、ｃ０は１３．５８オングストローム〜１３．７５オングストロームの範囲にわたる。
【００６５】
典型的に３重量％〜７重量％のアルミニウムを含むＦｅ−Ｃｒ−Ａｌフェライト系ステンレス鋼とは異なり、典型的なＦｅ−Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、酸化された時にその表面にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させない。すなわち、一般に、残留分レベルのみのアルミニウム（例えば、０．３〜０．５重量％）を含む典型的なＦｅ−Ｃｒフェライト系ステンレス鋼が酸化雰囲気にさらされた時に、Ｆｅ−Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、その表面にクロムに富んでいる酸化物スケールを形成する傾向がある。さらに、フェライト系ステンレス鋼の組成に依存して、マンガン−クロメートスピネルを含むスケールを、フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分の表面に形成してよい。しかしながら、本願発明者らは本発明において、別の状況では酸化の最中に表面に自然のアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを生成するのに不十分なレベルのアルミニウムを含む特定のＦｅ−Ｃｒフェライト系ステンレス鋼を電解研磨することによって、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールをＦｅ−Ｃｒフェライト系ステンレス鋼の表面に成長させることができることを発見した。
【００６６】
さらに、本願発明者らは本発明において、例えば、電解研磨された表面から材料を除去することによって、Ｆｅ−Ｃｒフェライト系ステンレス鋼を電解研磨する影響を低減するかまたは無くすことができることを発見した。従って、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、電解研磨されていないかまたは電解研磨する影響が除去されているフェライト系ステンレス鋼の領域は、その表面にクロムに富んでいる酸化物及び／またはマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させることができる。
【００６７】
例えば、本明細書において限定するものではないが、０．３〜１重量％のアルミニウム及び少なくとも０．０３重量％の単数または複数の希土類元素を含むＦｅ−Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、電解研磨した後に、酸化条件（例えばＰＳＯＦＣの稼働の最中に見られるもの）にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールを形成できることが、本願発明者らによって観察されている。さらに、上記に検討したように、相互接続の特定の領域の表面のアルミニウムに富んでいる酸化物スケールの形成は、その領域からのクロム移動が理由となるカソード毒作用の速度を低減する際に有利かもしれないが、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは高い抵抗率を有するので、相互接続のバイア表面のこのようなスケールの存在はＡＳＲの増大を生じ得、相互接続の電気的性質を劣化し得る。従って、本明細書において開示する特定の非限定具体例によれば、相互接続の特定の表面、例えば、限定するものではなく、ガス流チャネル表面、マニホルド表面及び／またはシーリングフランジ表面のアルミニウムに富んでいる酸化物スケールの形成を可能にするが、他の表面、例えばバイア表面のアルミニウムに富んでいる酸化物スケールの形成を防ぐように、相互接続を処理してよい。例えば、１非限定具体例は、ＳＯＦＣｓのための相互接続であって、相互接続は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、少なくとも１つの電解研磨された表面を含む少なくとも１つのガス流チャネルとを含む、相互接続を提供する。本明細書において使用する“マニホルド”という用語は、相互接続の酸化剤側及び燃料側の表面のガス流チャネルをそれぞれ空気及び燃料ガス供給物に接続する相互接続の単数または複数の部分を指す。さらに、本明細書において使用する“シーリングフランジ”という用語は、一般に、シーリング材の例えば、限定するものではなく、アルカリガラスが、ＰＳＯＦＣのための気密シールを生成するために適用される、相互接続の外周における相互接続の部分を指す。
【００６８】
別の非限定具体例においては、相互接続のシーリングフランジの表面をまた、その表面からのクロム移動を低減する及びシーリング区域における電気的に絶縁性の表面を提供するの両方のために電解研磨してよい。本明細書において限定するものではないが、相互接続のシーリングフランジにおいて電気的に絶縁性の表面を提供することによって、電気的に絶縁性及び導電性の両方のシーリング材を含む様々なシーリング材を用いることができると予測されている。
【００６９】
本明細書において使用する“電解研磨する”及び“電解研磨された”という用語は、工作物の少なくとも一部分からの材料の電気化学的除去を指す。例えば、１非限定具体例によれば、相互接続全体を電解研磨することができ、その後、電解研磨された相互接続の選択された表面（例えば、バイア表面）を機械的にまたは化学的に研磨、研削、エッチング及び／またはミリングして、選択された表面から材料を除去するかまたは摩削し（abrade）、それによってその表面への電解研磨する影響を低減するかまたは無くすことができる（上記に検討したように）。
【００７０】
他の非限定具体例によれば、相互接続を選択的電解研磨処理にさらすことができ、その結果、材料をガス流チャネル表面の少なくとも一部分から電気化学的に除去し、一方、本質的に材料はバイア表面から電気化学的に除去されない。本明細書において使用する“選択的電解研磨”という用語は、工作物の１つ以上の予め選択された部分または領域からの材料の電気化学除去を指す。さらに、相互接続の様々な部分に関連して本明細書において使用する“選択的に電解研磨された”という用語は、材料が電気化学的に除去される相互接続の予め選択された部分を指す。選択的に電解研磨する方法を、本明細書において下記により詳細に検討する。
【００７１】
上記に検討したように、ＳＯＦＣの稼働の最中に、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼相互接続は酸化を受け、その結果、相互接続は、少なくとも１つのバイアの表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケール及び少なくとも１つのガス流チャネルの表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを含もう。こうした様々なスケールの厚さは、幾つかのファクター、例えば鋼組成、暴露時間、稼働温度、湿度及びガス組成に依存しよう。本明細書において限定するものではないが、特定の具体例によれば、マンガン−クロメートスピネルを含むスケールは、厚さ１０ミクロン未満を有してよく、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、５ミクロン未満である厚さを有してよい。さらに、本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールの厚さは、１ミクロン〜５ミクロン未満の範囲にわたってよく、さらに２ミクロン〜３ミクロンの範囲にわたってよい。
【００７２】
本明細書において開示する他の非限定具体例は、ＳＯＦＣｓのための相互接続であって、相互接続は、燃料側及び燃料側と向かい合う酸化剤側を含み、相互接続の酸化剤側は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、相互接続を提供する。例えば、この非限定具体例によれば、相互接続の少なくとも酸化剤側を、０．２〜４．０重量％のマンガン、０．３〜１．０重量％のアルミニウム、及び合計で少なくとも０．０３重量％の単数または複数の希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成できる。さらに、この非限定具体例によれば、相互接続の酸化剤側のガス流チャネルの少なくとも１つの表面の少なくとも一部分を、電解研磨するかまたは選択的に電解研磨できる。
【００７３】
先に検討したように、ＳＯＦＣｓにおいて使用するための典型的な相互接続は、燃料側及び酸化剤側を有し、この各々は、ＰＳＯＦＣにおける隣接するＳＯＦＣｓ同士の間の電荷の流れを可能にするバイア、並びに相互接続のどちらかの側の表面のガスの輸送のための通路を提供するガス流チャネルを含む。従って、本明細書において開示するこの及び他の非限定具体例によれば、相互接続の燃料側は、フェライト系ステンレス鋼から形成されることができ、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つの表面を含む少なくとも１つのガス流チャネルを含むことができる。例えば、この非限定具体例によれば、相互接続の燃料側を、０．２〜４．０重量％のマンガン、０．３〜１重量％のアルミニウム及び合計で最少０．０３重量％の単数または複数の希土類元素を含むフェライト系ステンレス鋼から形成できる。さらに、この非限定具体例によれば、燃料側の少なくとも１つのガス流チャネルの少なくとも一部分を、電解研磨するかまたは選択的に電解研磨できる。加えて、この非限定具体例によれば、相互接続の燃料側は、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアを含むことができる。
【００７４】
他に、本明細書において開示するこの及び他の非限定具体例によれば、相互接続の燃料側は、フェライト系ステンレス鋼（相互接続の酸化剤側を形成するフェライト系ステンレス鋼と同一かまたは異なってよい）から形成されてよく、フェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続するＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む層を含んでよい（例えば、下記により詳細に検討する図３ａに示すように）。なおさらに、開示するこの及び他の非限定具体例に従う相互接続の燃料側を、ＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成してよく、相互接続の酸化剤側に接続してよい（例えば、下記により詳細に検討する図３ｂに示すように）。
【００７５】
例えば、１非限定具体例は、ＳＯＦＣｓのための相互接続であって、相互接続は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、バイア（少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分に酸化クロム及びマンガン−クロメートのうちの少なくとも１つを含むスケールを成長させることがある）と、ガス流チャネルとを含む酸化剤側であって、ガス流チャネルは、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つの表面を含む、酸化剤側と、酸化剤側と向かい合う燃料側であって、燃料側は、ＳＯＦＣｓの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む、燃料側とを含む、相互接続を提供する。例えば、この非限定具体例によれば、相互接続の燃料側を、酸化剤側のフェライト系ステンレス鋼と同一かまたは異なってよく、燃料側のフェライト系ステンレス鋼に接続するＳＯＦＣｓの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む層を含んでよいフェライト系ステンレス鋼から形成できる。例えば、金属材料を含む層を、相互接続の燃料側を形成するフェライト系ステンレス鋼の部分にめっきまたはクラッディングしてよい。他に、相互接続の燃料側を、ＳＯＦＣｓの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成できる。
【００７６】
別の非限定具体例は、ＳＯＦＣｓのための相互接続であって、相互接続は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを含む少なくとも１つのバイアと、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを含む少なくとも１つのガス流チャネルとを含む酸化剤側と；酸化剤側と向かい合う燃料側であって、燃料側は、ＳＯＦＣｓの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む、燃料側とを含む、相互接続を提供する。
【００７７】
さらに別の非限定具体例は、ガス不浸透性本体を含むＳＯＦＣｓのための相互接続であって、ガス不浸透性本体は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、バイア及びガス流チャネルを含む燃料側と、燃料側と向かい合う酸化剤側とを含み、酸化剤側はバイア及びガス流チャネルを含む、相互接続において、ＳＯＦＣｓの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料は、本体の燃料側の表面のフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続される、相互接続を提供する。
【００７８】
再度図２を参照すると、先に検討したように、典型的なＰＳＯＦＣにおいては、酸化剤を、１つのＳＯＦＣのカソード２２２の最も近くに導入し、燃料を、ＰＳＯＦＣにおける隣接する別のＳＯＦＣのアノード２２４の最も近くに導入する。電流生成ＳＯＦＣｓにおいては相互接続の酸化剤側の最も近くのｐＯ２は典型的に１０−３気圧を超えるが、相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２は実質的により低く、ＰＳＯＦＣの燃料タイプ、燃料利用レベル、及び稼働温度のようなファクターに依存して変化することがある。
【００７９】
ここから図４を参照すると、５００℃〜１０００℃の範囲にわたる温度で、３つの異なる燃料利用レベル（５％、５０％及び９５％）で、純粋な水素燃料を使用して稼働する典型的な電流生成ＳＯＦＣの燃料側の表面のｐＯ２レベルの変化を示すグラフが示される（しかしながら、他の燃料タイプ、例えば天然ガスを用いた場合、図４に示すものと同様の、典型的な電流生成ＳＯＦＣの燃料側の表面のｐＯ２レベルの変化が起きるであろうということは了解できるはずである）。図４に示すように、相互接続の燃料側の表面のｐＯ２は、部分的には、用いる燃料利用レベル及び稼働温度に依存して、約１０−３０気圧〜１０−１５気圧を超えるまで変化し得る。先に検討したように、電流生成ＳＯＦＣｓにおいて一般に用いられる稼働温度で、ｐＯ２レベルの例えば相互接続の酸化剤側の最も近くのものにさらされた時に、ステンレス鋼及び最も一般に使用される金属導体の両方が酸化しよう。さらに、先に検討したように、電流生成ＳＯＦＣの稼働の最中に、ｐＯ２レベルの例えば相互接続の燃料側の最も近くのものにさらされた時に、ステンレス鋼はまた一般に酸化しよう。しかしながら、最も一般に使用される金属導体と比較して、ステンレス鋼は、比較的にゆっくり成長し、導電性である酸化クロムスケールをその表面に形成するので、ステンレス鋼は、ＳＯＦＣｓのための相互接続を形成する際に使用するために関心を引いた。特定のＳＯＦＣの燃料側の表面のｐＯ２の変化は、限定するものではなく、ＳＯＦＣの設計を含む幾つかのファクターに依存しようということは当業者であれば了解できよう。従って、図４は説明のためのみを意図されており、本発明の範囲を限定することを意図されていない。
【００８０】
ここから図５を参照すると、燃料利用レベル５％及び９５％並びに温度５００℃及び１０００℃で稼働する典型的な電流生成ＳＯＦＣの燃料側の最も近くの条件（図４において上記に示したｐＯ２値と相関する）を強調するエリンガム図が示される。典型的な稼働条件（図５において箱５０によって強調される）下で、相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属は、箱５０の完全に外及びこれよりも上に存在する５００℃と１０００℃との間のエリンガム線｛すなわち、酸化物形成のための平衡線）を有する金属である−例えば、銅、ニッケル、及びコバルトのような金属である。鉄は箱５０と交差するエリンガム線を有し、幾つかの条件下では相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超えるが、他の条件下では燃料側の最も近くのｐＯ２未満である解離圧を有する酸化物を形成する。クロムは、箱５０の完全に外及びこれよりも下に存在するエリンガム線を有し、図５に示す全ての典型的稼働条件下で、模範の相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２未満である解離圧を有する酸化物を形成する。従って、典型的な電流生成ＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの条件にさらされた時に、クロムは酸化しようということが予想される。与えられたＳＯＦＣの場合の実際の稼働範囲（operating envelope）は、限定するものではなく、用いる稼働温度、燃料利用レベル、及び燃料タイプを含む幾つかのファクターに依存しようということは当業者であれば了解できよう。従って、図５は説明のためのみを意図されており、本発明の範囲を限定することを意図されていない。
【００８１】
Ｆｅ−Ｃｒフェライト系ステンレス鋼は、ＰＳＯＦＣの稼働の最中にＳＯＦＣのアノード及びＳＯＦＣのカソードの両方の近くのｐＯ２レベルにさらされた時に、酸化する傾向がある（図５において上記に示したように）が、ＳＯＦＣのアノードの最も近くの環境にさらされた時に、幾つかの金属は酸化しないだろう。さらに、金属、例えば、限定するものではなく、銅、ニッケル及び銅−ニッケル合金の抵抗率は一般に、ＳＯＦＣｓの稼働の最中にフェライト系ステンレス鋼相互接続の表面に形成する酸化クロムスケールの抵抗率よりも低いので、フェライト系ステンレス鋼（本明細書において検討するように、所望により電解研磨される）及びＳＯＦＣｓの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料の組合せを用いることによって、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続の酸化特性を、ＳＯＦＣｓの稼働の最中に相互接続によって経験される環境条件に適応させてよい。
【００８２】
例えば、図３ａに示すように、本明細書において限定するものではないが、相互接続（一般に３１０ａとして示す）は、フェライト系ステンレス鋼３４４ａから形成され、ガス不浸透性である本体３４０ａを含んでよく、その結果、相互接続３１０ａのそれぞれ燃料側３１４ａ及び酸化剤側３１６ａの表面を流れる燃料及び酸化剤ガスを分離する。さらに、この非限定例によれば、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続３１０ａの燃料側３１４ａの最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料３４２ａを、本体３４０ａの燃料側３１４ａの表面のフェライト系ステンレス鋼３４４ａの少なくとも一部分に接続して、燃料ガスとフェライト系ステンレス鋼との間の接触を低減するかまたは防いでよい。例えば、１非限定具体例によれば、金属材料３４２ａは、本体３４０ａの燃料側３１４ａの表面でフェライト系ステンレス鋼３４４ａに結合するガス不浸透性または固体層として存在してよい。このような層を形成する方法としては、めっき及びクラッディングが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００８３】
他に、別の非限定具体例によれば、相互接続の燃料側を、ＳＯＦＣｓの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成できる。例えば、図３ｂに示すように、１非限定具体例は、複合体本体３４０ｂを含むＳＯＦＣｓのための相互接続（一般に３１０ｂとして示す）であって、複合体本体は、フェライト系ステンレス鋼３４４ｂから形成された酸化剤側３１６ｂ及び酸化剤側と向かい合う燃料側３１４ｂを含み、燃料側は、固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料３４２ｂから形成される、相互接続を提供する。この非限定例によれば、本体３４０ｂは、ガス状反応物の分離に対処するために、先に検討したようにガス不浸透性としてよい。
【００８４】
本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を、ニッケル及びニッケル合金、銅及び銅合金、鉄及び鉄合金、コバルト及びコバルト合金、金及び金合金、及び白金及び白金合金のうちの少なくとも１つから選択してよい。特定の非限定具体例によれば、金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金としてよい。本明細書において使用する“ニッケル合金”という用語は、元素当りに基づいて、ニッケルを主成分として含む合金を意味する。本明細書において使用する“銅合金”という用語は、元素当りに基づいて、銅を主成分として含む合金を意味する。さらに、本明細書において使用する“ニッケル−銅合金”という用語は、本質的に等しい量のニッケル及び銅を含む合金を意味し、元素当りに基づいて、ニッケル及び銅が合金の主成分である。例えば、１非限定具体例によれば、金属材料は、最高４９重量％までの銅、最高４９重量％までの鉄、及びニッケルを含むニッケル合金としてよい。１非限定例として、適切なニッケル合金は、ピッツバーグ、ペンシルベニアＵＳＡのアレガニー・ルディウム・コーポレーションから市販されており、０．１０重量％の炭素、０．５０重量％のマンガン、０．００５重量％のリン、０．００５重量％の硫黄、０．２５重量％のケイ素、０．０２重量％のアルミニウム、３２重量％の銅、１重量％の鉄、残りはニッケル及び不純物であるという典型的な組成を有するＡＬ  ４００ＴＭ合金（一般にＵＮＳ−Ｎ０４４００と呼ばれる）である。
【００８５】
他の非限定具体例によれば、相互接続の燃料側の最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料は、５００℃〜１０００℃の範囲にわたる温度で少なくとも１０−３０気圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料としてよく、または５００℃〜１０００℃の範囲にわたる温度で１０−２５気圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料とすることができる。
【００８６】
所望により、図３ａ及び３ｂに示さないが、金属材料と向かい合う相互接続の側（すなわち、相互接続の酸化剤側）は、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つのガス流チャネルとを含むことができ、ここで、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する。例えば、この非限定具体例によれば、相互接続の酸化剤側の少なくとも一部分を選択的に電解研磨でき、または酸化剤側全体若しくは相互接続全体を電解研磨でき、及びその後相互接続の選択された表面（例えばバイア表面）を摩削して、その表面から材料を除去することができる。
【００８７】
他に、層、例えばニッケル基超耐熱合金または妥当な電気的性質及び空気中の耐酸化性を有する他の材料の層を、金属材料と向かい合う相互接続の側（すなわち、相互接続の酸化剤側）に接続してよい（例えば、クラッディングによって）。例えば、１非限定具体例によれば及び図３ｃに示すように、相互接続（一般に３１０ｃとして示す）は、フェライト系ステンレス鋼３４４ｃから形成され、燃料側３１４ｃ及び燃料側と向かい合う酸化剤側３１６ｃを有する本体３４０ｃを含んでよい。ＳＯＦＣｓの稼働の最中に相互接続３１０ｃの燃料側３１４ｃの最も近くの酸素の分圧を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料３４２ｃを、先に検討したように、本体３４０ｃの燃料側３１４ｃの表面のフェライト系ステンレス鋼３４４の少なくとも一部分ｃに接続してよい。他に、図３ｃに示さないが、相互接続の本体は、図３ｂに関して上記に説明した複合体本体としてよい。さらに、この非限定具体例によれば、ニッケル基超耐熱合金または空気中のニッケル基超耐熱合金と同様の電気的性質及び耐酸化性を有する他の材料の層３４６ｃを、相互接続３１０ｃの酸化剤側３１６ｃに接続して、ＳＯＦＣの稼働の最中にカソードの最も近くの環境にさらされることが理由となる酸化剤側３１６ｃの表面のフェライト系ステンレス鋼３４４ｃの酸化を低減するかまたは防いでよい。この非限定具体例に関連して使用してよい例となるニッケル基超耐熱合金としては、限定するものではなく、アロイ６００（Alloy 600）合金（また、ＵＮＳ−Ｎ０６６００と呼ばれる）、アロイ６２５（Alloy 625）（また、ＵＮＳ−Ｎ０６６２５と呼ばれる）、及びアロイＨＸ（Alloy HX）（また、ＵＮＳ−Ｎ０６００２と呼ばれる）が挙げられる。０．５重量％以下のアルミニウム及びケイ素レベルを有する他のニッケル基超耐熱合金もこの非限定具体例に関連して使用するために予測されており、例えば、アロイ２３０（Alloy 230）（また、ＵＮＳ−Ｎ０６２３０と呼ばれる）であり、これは、重量％で、最高０．３までのアルミニウム及び最高０．４までのケイ素を含んでよい。
【００８８】
ニッケル基超耐熱合金は一般に、相互接続において使用するための特性の良好な組合せ、例えば良好な電気伝導率及び耐酸化性を有するが、ニッケル基超耐熱合金は高価となり得、一般にＣＴＥセラミック電極よりも実質的に高いＣＴＥを有するので、相互接続用途におけるニッケル基超耐熱合金の使用は特定の用途に限定され得る。しかしながら、相互接続の様々な構成要素の厚さ及びＣＴＥの平衡を保つことによって、ニッケル基超耐熱合金のコスト及びニッケル基超耐熱合金の比較的に高いＣＴＥの影響の両方を軽減することができる。例えば、１非限定具体例によれば、相互接続のフェライト系ステンレス鋼構成要素は、相互接続の総厚さの６０〜８０％を占めることがあり、相互接続の燃料側の表面の金属材料及び相互接続の酸化剤側の表面のニッケル基超耐熱合金層は各々、相互接続の総厚さの１０〜２０％を占める。さらに、必要ではないが、燃料側の表面の金属材料が、酸化剤側の表面のニッケル基超耐熱合金層のＣＴＥよりも高いＣＴＥを有する場合、金属材料は、ニッケル基超耐熱合金層の厚さ未満である厚さを有することができ、その結果、ＣＴＥ不一致を相互接続のどちらかの側の表面に一様に分配する。逆に、相互接続の酸化剤側の表面のニッケル基層が、相互接続の燃料側の表面の金属材料よりも高いＣＴＥを有する場合、ニッケル基超耐熱合金層は、燃料側の表面の金属材料の厚さ未満である厚さを有することができる。例えば、本明細書において限定するものではないが、燃料側の表面の金属材料が、酸化剤側の表面のニッケル基超耐熱合金層のＣＴＥよりも１０％高いＣＴＥを有する場合、燃料側の表面の金属材料は、ニッケル基超耐熱合金ものよりも１０％少ない厚さを有することができる。
【００８９】
引き続き図３ｃに関連して、金属材料３４２ｃ及び層３４６ｃは、フェライト系ステンレス鋼３４４ｃが、それぞれアノード及びカソードを取り囲む環境に直接にさらされることを防ぐので、こうした非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼の耐酸化性は、相互接続の全電気的性能に比較的に小さな影響を及ぼす。従って、この非限定具体例によれば、一般に、より高度に合金化されたフェライト系ステンレス鋼よりも高価でないが、より低い耐酸化性を有し、低合金及び／または低クロム含量を有するフェライト系ステンレス鋼を、本体３４０ｃを形成するために使用できる。こうした非限定具体例と共に使用できる低合金及び／または低クロム含有フェライト系ステンレス鋼の非限定例は、タイプ４０９と呼ばれるフェライト系ステンレス鋼（例えば、Ｆｅ−１１Ｃｒフェライト系ステンレス鋼、また、ＵＮＳ−Ｓ４０９００、ＵＮＳ−Ｓ４０９２０、及びＵＮＳ−Ｓ４０９３０と呼ばれる）及びタイプ４３０（例えば、Ｆｅ−１６Ｃｒフェライト系ステンレス鋼、また、ＵＮＳ−Ｓ４３０００と呼ばれる）を含む。
【００９０】
先に検討したように、フェライト系ステンレス鋼は、稼働の最中にＳＯＦＣのカソードの近くの酸化剤に富んでいる環境（すなわち、相互接続の酸化剤側の最も近くの環境）にさらされた時に、酸化する傾向があるが、ステンレス鋼の表面に形成する酸化物スケールは、ゆっくり成長し、導電性がある傾向がある。従って、本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、ＳＯＦＣのカソードの近くの酸化剤に富んでいる環境（すなわち、相互接続の酸化剤側）と接触した状態になっている相互接続の少なくとも一部分は、ステンレス鋼、特に、フェライト系ステンレス鋼から形成される。他に、図３ｃに関して上記に検討したように、追加の層、例えばニッケル基超耐熱合金または空気中の妥当な耐酸化性を有する他の材料の層を、相互接続の酸化剤側に接続してよい（例えば、クラッディングによって）。
【００９１】
ここから図６を参照すると、先に検討したように、フェライト系ステンレス鋼は一般に、オーステナイト系ステンレス鋼、並びにＳＯＦＣｓのための相互接続として使用するために提案された他の材料、例えば図６に示すニッケルに基づく合金よりも低いＣＴＥを有する。ＳＯＦＣｓのための相互接続は一般に、ＳＯＦＣｓ内部のセラミック電極のＣＴＥと十分に同様のＣＴＥを有して、組立体の必要な構造健全性及び気密性を確実にしなければならないので、相互接続が、電極のＣＴＥとできる限りぴったりと一致するＣＴＥを有する材料から形成されることが一般に望ましい。従って、相互接続本体を、フェライト系ステンレス鋼よりも高いＣＴＥを有するオーステナイト系ステンレス鋼またはニッケル基超耐熱合金ではなくフェライト系ステンレス鋼から形成することによって、及びフェライト系ステンレス鋼対ＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料（及び、存在する場合、対ニッケル基超耐熱合金層）の比率の平衡を保つことによって、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続のＣＴＥを、ＳＯＦＣｓのセラミック電極との適合性に関して調節できる。
【００９２】
フェライト系ステンレス鋼及びＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料の両方を含み、図３ｃに関して上記に検討したように所望により酸化剤側の表面にニッケル基超耐熱合金の追加の層を含む、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続のＣＴＥは、以下の式に従って概算できる：
【００９３】
【数１】
0005614931.tif 000005
【００９４】
［式中、ＣＴＥ（Ｉ）は、相互接続の全熱膨張率であり、ＣＴＥ（ｆｓｓ）は、フェライト系ステンレス鋼の熱膨張率であり、ＣＴＥ（ｍｍ）は、ＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料の熱膨張率であり、ＣＴＥ（Ｎｉ）は、ニッケル基超耐熱合金の熱膨張率である。式１における変数Ｘ（ｆｓｓ）、Ｘ（ｍｍ）及びＸ（Ｎｉ）は、上記の式２〜４によって与えられ、ここで、ｔ（ｆｓｓ）はフェライト系ステンレス鋼の厚さであり、ｔ（ｍｍ）は金属材料の厚さであり、ｔ（Ｎｉ）はニッケル基超耐熱合金の層の厚さである。すなわち、ＣＴＥ（Ｉ）は、相互接続の総厚さの各構成要素の分数によって重みを付けた各構成要素（すなわち、フェライト系ステンレス鋼、金属材料、及びニッケル基超耐熱合金の層、存在する場合）のＣＴＥの和に等しい。］。
相互接続が、相互接続の酸化剤側の表面のニッケル基超耐熱合金層を含まない場合、前述の式を簡略化して、この構成要素に関連した項を無くすことができることは了解できよう。
【００９５】
例えば、本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼の組成、金属材料の組成、存在する場合、相互接続の酸化剤側の表面のニッケル基超耐熱合金層の組成、及びこうした構成要素の各々の分数の厚さ対総組み合わせ厚さを選択することができ、その結果、相互接続は平均熱膨張率１７ppm/K以下を有する。他の非限定具体例によれば、比及び材料を選択することができ、その結果、ＣＴＥ１５ppm/K以下または１３ppm/K以下を有する相互接続を提供する。しかしながら、上記に検討したように、相互接続のＣＴＥをセラミック電極のＣＴＥにできる限りぴったりと一致させることが一般に望ましい。従って、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続は、ＳＯＦＣｓまたは取り入れるＰＳＯＦＣの適切な性能及び信頼性に対処するのに必要な任意のＣＴＥを有することができる。
【００９６】
上記に検討したように、本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、金属材料と向かい合う相互接続の側（すなわち、相互接続の酸化剤側）を電解研磨してよい。例えば、本明細書において限定するものではないが、相互接続を電解研磨溶液を含む浴（典型的に酸及びキャリアを含む）中に置き、相互接続をカソードに電気的に接続し、電流を相互接続とカソードとの間に通し、その結果、材料を相互接続の表面から電気化学的に除去することによって、相互接続を電解研磨してよい。さらに、本明細書において限定するものではないが、例えば、相互接続を電解研磨溶液を含む浴中に置く前に、相互接続の特定の表面または領域（例えば、バイア表面）をマスクし、その結果、その表面の電解研磨を避けることによって、相互接続の酸化剤側を選択的に電解研磨してよい。他に、先に検討したように、相互接続の酸化剤側全体を電解研磨でき、その後、相互接続の特定の表面（例えば、バイア表面）を物理的にまたは化学的に摩削して、その表面での電解研磨する影響を低減するかまたは無くすことができる。
【００９７】
本明細書において開示する様々な非限定具体例の相互接続を形成するために使用できるフェライト系ステンレス鋼の例としては、少なくとも１２重量％のクロムを含むフェライト系ステンレス鋼が挙げられるが、これに限定されるものではない。１非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、少なくとも１８重量％のクロムを含んでよく、１８〜３５重量％のクロムをさらに含んでよく、２０〜２８重量％のクロムをなおさらに含んでよい。少なくとも２０重量％のクロムを含むフェライト系ステンレス鋼は、本明細書において開示する様々な非限定具体例に関連して特に有用であると考えられており、というのは、このような“高クロム含有”フェライト系ステンレス鋼は、比較的に低い抵抗率を有する酸化物スケールを形成する傾向があるからである。少なくとも２０重量％のクロムを含む市販のフェライト系ステンレス鋼の特定の非限定例は、ＡＬ  ４５３ＴＭフェライト系ステンレス鋼及びＥ−ブライト（登録商標）フェライト系ステンレス鋼を含む。
【００９８】
さらに他の非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、希土類金属（“ＲＥＭ”）合金添加物をさらに含む高クロム含有フェライト系ステンレス鋼合金とすることができる。本明細書において限定するものではないが、ＲＥＭを高クロム含有合金（例えば、上記に検討したＡＬ  ４５３ＴＭフェライト系ステンレス鋼合金）に加えることは、高温で付着性のゆっくり成長する酸化クロムスケールの形成をもたらすことがあると予測されている。ミッシュメタルの形態のＲＥＭを、フェライト系ステンレス鋼の製造の最中に加えてよい。ミッシュメタルは、混合ＲＥＭの利用可能な市販の形態であり、ＲＥＭであるセリウム、ランタン及びプラセオジムの既知の濃度を有する様々な組成を有して得ることができる。例えば、製鋼において使用される一般的なミッシュメタル形態は名目上、重量で５０Ｃｅ−３０Ｌａ−２０Ｐｒである。
【００９９】
他の非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、酸化クロムの抵抗率を超える抵抗率を有する連続酸化物を形成する合金元素が低いとすることができる。酸化クロムの抵抗率を超える抵抗率を有する連続酸化物を形成する合金元素の非限定例は、アルミニウム及びケイ素を含む。例えば、０．１重量％未満のアルミニウム及び／または０．１重量％未満のケイ素を含むステンレス鋼；及び０〜０．００５重量％のアルミニウム及び／または０〜０．００５重量％のケイ素を含むフェライト系ステンレス鋼を、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従って使用できる。本明細書において限定するものではないが、酸化クロムのものを超える抵抗率を有する連続酸化物を形成する、フェライト系ステンレス鋼における合金元素の量を低減することによって、ＰＳＯＦＣの稼働の最中にフェライト系ステンレス鋼相互接続の表面に形成するクロムに富んでいる酸化物及び／またはマンガン−クロメートスピネルスケールは、従来のフェライト系ステンレス鋼を使用して製造された相互接続と比較して、改良された電気的性質を有することができると予測されている。
【０１００】
さらに、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼は、１重量％を超える〜２重量％のマンガンを含むことができる。先に検討したように、マンガンは、高温での酸化の最中にフェライト系ステンレス鋼の表面に偏析し得、それによってマンガン−クロメートスピネル（例えば、ＭｎＣｒ２Ｏ４）を含むスケールを形成する。上記に検討したように、酸化の最中のフェライト系ステンレス鋼の表面のマンガン−クロメートスピネルを含むスケールの形成は、フェライト系ステンレス鋼の表面からのクロム移動を低減できる。本明細書において限定するものではないが、フェライト系ステンレス鋼の表面に形成されるマンガン−クロメートスピネルが、マンガンで飽和されるかまたはほぼ飽和される場合に、クロム移動に対する最大耐性を実現できると予測されており、これは、一般にフェライト系ステンレス鋼の１重量％を超えるマンガン含量を必要とする。従って、本明細書において開示する特定の非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼は、１重量％を超えるマンガンを含んでよく、少なくとも１．５重量％のマンガンをさらに含んでよく、少なくとも１．６重量％のマンガンをなおさらに含んでよい。
【０１０１】
しかしながら、フェライト系ステンレス鋼の表面のスケールの全厚さは、マンガン含量が増大すると共に増大する傾向があるので、特定の用途の場合、相互接続のＡＳＲを実行可能な限り低く保つために、フェライト系ステンレス鋼の表面（少なくとも電気的接触区域において）の厚いスケールの形成を防ぐことが望ましいかもしれない。従って、本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼中に存在するマンガンの量は、１重量％を超える〜２重量％の範囲にわたってよく、さらに少なくとも１．５重量％〜２重量％の範囲にわたってよく、なおさらに１．６重量％〜２重量％の範囲にわたってよい。
【０１０２】
本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続を形成するために使用してよく、高クロム含量を有し、所望によりＲＥＭを含み、酸化クロムの抵抗率を超える抵抗率を有する連続酸化物を形成する合金元素が低い及び１を超える〜２重量％のマンガンを含むの両方であるフェライト系ステンレス鋼の非限定例を、下記の表ＩＩに述べる。
【０１０３】
【表２】
0005614931.tif 000006
【０１０４】
組成物１（上記）に関して、上記の表ＩＩに述べたフェライト系ステンレス鋼組成物中のアルミニウム及び／またはケイ素の量は、０〜０．０５重量％の範囲にわたってよい。さらに、組成物１〜４（上記）に関して、アルミニウム及び／またはケイ素の量は、０．００５〜０．０５重量％の範囲にわたってよい。なおさらに、組成物１〜４に関して、マンガンの量は、１．５〜２重量％の範囲にわたってよく、さらに１．６〜２重量％の範囲にわたってよい。
【０１０５】
先に検討したように、本開示の様々な非限定具体例は、フェライト系ステンレス鋼、特に、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続を製造する際に有用としてよいフェライト系ステンレス鋼に関する。例えば、１非限定具体例は、上記の表ＩＩに述べた組成物１を含むフェライト系ステンレス鋼を提供する。さらに、この非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、０〜０．０５重量％のアルミニウム及び／またはケイ素または０．００５〜０．０５重量％のアルミニウム及び／またはケイ素を含むことができる。なおさらに、この非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼は、１．５〜２重量％のマンガンまたは１．６〜２重量％のマンガンを含んでよい。
【０１０６】
別の非限定具体例は、上記の表ＩＩに述べた組成物２を含むフェライト系ステンレス鋼を提供する。さらに、この非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、０．００５〜０．０５重量％のアルミニウム及び／またはケイ素を含むことができる。なおさらに、この非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼は、１．５〜２重量％のマンガンまたは１．６〜２重量％のマンガンを含んでよい。
【０１０７】
別の非限定具体例は、上記の表ＩＩに述べた組成物３を含むフェライト系ステンレス鋼を提供する。さらに、この非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、０．００５〜０．０５重量％のアルミニウム及び／またはケイ素を含むことができる。なおさらに、この非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼は、１．５〜２重量％のマンガンまたは１．６〜２重量％のマンガンを含んでよい。
【０１０８】
別の非限定具体例は、上記の表ＩＩに述べた組成物４を含むフェライト系ステンレス鋼を提供する。さらに、この非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、０．００５〜０．０５重量％のアルミニウム及び／またはケイ素を含むことができる。なおさらに、この非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼は、１．５〜２重量％のマンガンまたは１．６〜２重量％のマンガンを含んでよい。加えて、ニオブ、チタン、及び／またはタンタルのうちの１つ以上の量を、式：０．５重量％≦［％Ｎｂ＋％Ｔｉ＋１／２（％Ｔａ）］≦１重量％を満たすようにさらに選択してよく、または、式：０．５重量％≦［％Ｎｂ＋％Ｔｉ＋１／２（％Ｔａ）］≦０．７５重量％を満たすように選択してよい。さらに、様々な非限定具体例によれば、組成物４中のチタンの量は０．５重量％以下とすることができる。
【０１０９】
本明細書において開示する様々な非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼はまた、銀、酸化カルシウム、及び／またはチタンを本質的に含まないとすることができる。フェライト系ステンレス鋼の組成に関して本明細書において使用する“本質的に含まない”という用語は、不純物または残留分レベル以下の単数または複数の指定された元素がフェライト系ステンレス鋼中に存在することを意味する。
【０１１０】
本明細書において開示する他の非限定具体例は、上記に述べたフェライト系ステンレス鋼から製造された相互接続を提供する。例えば、１非限定具体例は、ＳＯＦＣｓのための相互接続であって、相互接続は、組成物１を含むフェライト系ステンレス鋼を含む、相互接続を提供する。さらに、上記に検討したように、この非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、０〜０．０５重量％のアルミニウム及び／またはケイ素または０．００５〜０．０５重量％のアルミニウム及び／またはケイ素を含むことができる。なおさらに、この非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼は、１．５〜２重量％のマンガンまたは１．６〜２重量％のマンガンを含んでよい。
【０１１１】
別の非限定具体例は、ＳＯＦＣｓのための相互接続であって、相互接続は、上記の組成物２、３または４に関して述べた組成物を含むフェライト系ステンレス鋼を含む、相互接続を提供する。さらに、上記に検討したように、この非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、０．００５〜０．０５重量％のアルミニウム及び／またはケイ素を含むことができる。なおさらに、フェライト系ステンレス鋼は、１．５〜２重量％のマンガンまたは１．６〜２重量％のマンガンを含んでよい。
【０１１２】
先に検討したように、本明細書において開示する様々な非限定具体例は、前述の非限定具体例のいずれでもに従う相互接続を使用して製造されたＰＳＯＦＣｓに関する。例えば、１非限定具体例は、アノード、カソード、及びアノードとカソードとの間の固体酸化物電解質を有する第１の固体酸化物燃料電池と；アノード、カソード、及びアノードとカソードとの間の固体酸化物電解質を有する第２の固体酸化物燃料電池とを含むＰＳＯＦＣであって、第２の固体酸化物燃料電池は、第１の固体酸化物燃料電池のアノードは第２の固体酸化物燃料電池のカソードに隣接し、相互接続は第１と第２の固体酸化物燃料電池との間に挿入されるように、位置決めされる、ＰＳＯＦＣを提供する。この非限定具体例によれば、相互接続は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、第１の固体酸化物燃料電池のアノードに隣接して位置決めされた燃料側であって、燃料側は、少なくとも１つのバイアと少なくとも１つのガス流チャネルとを含む、燃料側と、相互接続の燃料側と向かい合い、第２の固体酸化物燃料電池のカソードに隣接する酸化剤側であって、相互接続の酸化剤側は、フェライト系ステンレス鋼から形成され、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させる少なくとも１つのバイアと、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させる少なくとも１つのガス流チャネルとを含み、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する、酸化剤側とを含む。
【０１１３】
さらに、本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、相互接続の燃料側は、フェライト系ステンレス鋼を含むことができ、燃料側の少なくとも１つのバイアは、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、表面の少なくとも一部分にマンガン−クロメートスピネルを含むスケールを成長させてよい。なおさらに、燃料側の少なくとも１つのガス流チャネルは、表面の少なくとも一部分にアルミニウムに富んでいる酸化物スケールを成長させてよく、少なくとも６５０℃の温度で酸化雰囲気にさらされた時に、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールは、鉄及びクロムを含み、ヘマタイト構造を有する。
【０１１４】
他に、相互接続の燃料側は、表面の少なくとも一部分に接続したＰＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を有するフェライト系ステンレス鋼を含んでよい。なおさらに、燃料側を、ＰＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成できる。適切なフェライト系ステンレス鋼及びＰＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材の非限定例は、上記に詳細に述べた。
【０１１５】
別の非限定具体例は、アノード、カソード、及びアノードとカソードとの間の固体酸化物電解質を有する第１の固体酸化物燃料電池と；アノード、カソード、及びアノードとカソードとの間の固体酸化物電解質を有する第２の固体酸化物燃料電池とを含むＰＳＯＦＣであって、第２の固体酸化物燃料電池は、第１の固体酸化物燃料電池のアノードは第２の固体酸化物燃料電池のカソードに隣接し；相互接続は第１と第２の固体酸化物燃料電池との間に挿入されるように、位置決めされる、ＰＳＯＦＣを提供する。この非限定具体例によれば、相互接続は、フェライト系ステンレス鋼を含む酸化剤側、及び相互接続の酸化剤側と向かい合う燃料側を有し、燃料側は、平坦な固体酸化物燃料電池の稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を含む。より詳細には、この非限定具体例によれば、相互接続は、相互接続の燃料側は第１の固体酸化物燃料電池のアノードに隣接し、相互接続の酸化剤側は第２の固体酸化物燃料電池のカソードに隣接するように、第１の固体酸化物燃料電池と第２の固体酸化物燃料電池との間に挿入される。さらに、この非限定具体例によれば、相互接続の燃料側を、フェライト系ステンレス鋼及びフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続するＰＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料から形成してよい。
【０１１６】
本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続の製造方法を、ここから検討する。１非限定具体例は、フェライト系ステンレス鋼から相互接続を形成し、相互接続は、燃料側及び燃料側と向かい合う酸化剤側を有し、燃料側及び酸化剤側の各々は、バイア及びガス流チャネルを含むことと、相互接続の酸化剤側の少なくとも１つのガス流チャネルの少なくとも一部分を電解研磨することと、を含む、相互接続の製造方法を提供する。
【０１１７】
例えば、この非限定具体例によれば、電解研磨することは、相互接続の酸化剤側の少なくとも１つのガス流チャネルの少なくとも一部分を選択的に電解研磨することを含むことができる。より詳細には、この非限定具体例によれば、選択的電解研磨は、マスク材を使用して、電解研磨する予定ではない相互接続の部分をマスクすることを含んでよい。例えば、酸化剤側のバイア、燃料側全体または、燃料側のガス流チャネルを選択的に電解研磨する予定である場合、燃料側のバイアをマスクして、その部分の電解研磨を避けることができる。適切なマスク材の非限定例は、フォトレジスト、ワックス、及びマスキングテープを含む。その後、相互接続を上記に検討したように電解研磨できる。電解研磨した後に、マスク材を周知の方法によって除去できる。
【０１１８】
所望により、選択的電解研磨の前または後に、ＰＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を燃料側に接続することができる。他に、相互接続を形成する前に、金属材料をフェライト系ステンレス鋼に接続できる。ＰＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を接続する非限定方法を、下記により詳細に説明する。
【０１１９】
別の非限定具体例は、フェライト系ステンレス鋼から相互接続を形成し、相互接続は、燃料側及び燃料側と向かい合う酸化剤側を有し、燃料側及び酸化剤側の各々は、バイア及びガス流チャネルを含むことと、相互接続の酸化剤側の少なくとも一部分を電解研磨することと、相互接続の酸化剤側の少なくとも１つのバイアの少なくとも１つの電解研磨された表面から材料を物理的にまたは化学的に除去することと、を含む、相互接続の製造方法を提供する。所望により、ＰＳＯＦＣの稼働の最中に相互接続の燃料側の最も近くのｐＯ２を超える解離圧を有する酸化物を形成する金属材料を、相互接続を形成した後に、電解研磨する前または後に、相互接続の燃料側に接続することができる。他に、相互接続を形成する前に、金属材料を、フェライト系ステンレス鋼に接続することができる。
【０１２０】
別の非限定具体例は、金属材料をフェライト系ステンレス鋼シート材料の表面の少なくとも一部分に接続し、金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと、フェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成し、相互接続は、フェライト系ステンレス鋼を含む酸化剤側及び金属材料を含み酸化剤側と向かい合う燃料側を有し、相互接続の酸化剤側及び燃料側の各々は、バイア及びガス流チャネルを含むことと、を含む、相互接続の製造方法を提供する。下記により詳細に検討するように、この非限定具体例によれば、相互接続を形成することは、金属材料をフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続する前に、最中に、または後に行われることができる。
【０１２１】
所望により、前述の非限定具体例によれば、相互接続の酸化剤側の少なくとも１つのガス流チャネルの少なくとも一部分を、例えば選択的電解研磨によって電解研磨でき；または酸化剤側全体を電解研磨でき、その後、材料を、少なくとも１つの電解研磨されたバイア表面の部分から除去してよい（先に検討したように）。他に、フェライト系ステンレス鋼を、金属材料をそれに接続する前にまたは金属材料を接続した後にしかし相互接続を形成する前に電解研磨できる。
【０１２２】
なおさらに、様々な非限定具体例によれば、相互接続を形成する前に、例えば熱間圧延または冷間ロール圧延（cold roll bonding）によって、金属材料を接続する表面と向かい合うフェライト系ステンレス鋼の表面に、ニッケル基超耐熱合金の層を接続することができる。例えば、１非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼スラブを金属材料の層とニッケル基超耐熱合金の層との間に挿入できる。その後、スタックを一緒にクラッディングし、熱間圧延によって所望の厚さに処理できる。他に、材料の各々を、冷間結合プロセスにおいて一緒にクラッディングする前に、所望の厚さを有するシートまたはコイルに処理することができる。
【０１２３】
本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼は、圧延して所望の厚さまたは完成ゲージにしたフェライト系ステンレス鋼シート材料とすることができる。例えば、１つ以上の従来の熱間及び／または冷間圧延プロセスを使用してスラブ、コイルまたはシートを圧延して所望の厚さにすることによって、フェライト系ステンレス鋼シート材料を、所望の厚さを超える厚さを有するスラブ（または別のコイル若しくはシート）から形成できる。
【０１２４】
金属材料を、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従うフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続する方法としては、限定するものではなく、めっき、クラッディング、留めること、接合及びこれらの組合せが挙げられる。本明細書において使用する“めっき”という用語は、１つの材料を別のものの表面に蓄積することを意味する。適切なめっき技術の非限定例としては、限定するものではなく、電気めっき、無電解めっき、並びに１つの材料を別のものの表面に蓄積することを含む他の物理または化学蒸着技術（例えば、限定するものではなく、スパッタ、プラズマ気相成長法（plasma vapor deposition）、化学気相成長法、及び熱またはフレーム溶射）が挙げられる。
【０１２５】
本明細書において使用する“クラッディング”という用語は、圧力または圧力及び温度を使用して、２つ以上の材料を互いに直接接触させることを意味する。適切なクラッディング方法の非限定例としては、限定するものではなく、熱間及び冷間ロール圧延、並びに他のサーモメカニカル結合技術の例えば爆発結合及び鍛造が挙げられる。
【０１２６】
本明細書において使用する“留めること”という用語は、２つ以上の材料を、例えば留め具またはある他の取り付け装置または連結幾何学的形状を用いて機械的に接続するかまたは連結させることを意味する。例えば、本明細書において限定するものではないが、金属材料及びフェライト系ステンレス鋼を一緒にクリンプして、２つの材料を連結させることによって、金属材料をフェライト系ステンレス鋼に留めることができる。
【０１２７】
本明細書において使用する“接合”という用語は、例えば溶接、ろう付けまたははんだ付けによって、２つの材料を一緒に結合することを意味する。例えば、１非限定具体例によれば、金属材料をフェライト系ステンレス鋼にろう付けできる。
【０１２８】
１特定の非限定具体例によれば、金属材料をフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続することは、金属材料をステンレス鋼の表面の少なくとも一部分にめっきすること及び金属材料をステンレス鋼の表面の少なくとも一部分にクラッディングすることのうちの少なくとも１つを含む。
【０１２９】
本明細書において開示する様々な非限定具体例と共に使用できる相互接続を形成する非限定方法は、鍛造、打抜き、圧印加工、機械加工、ケミカルミリング及びこれらの組合せを含む。１非限定具体例によれば、相互接続を形成することは、例えば、フェライト系ステンレス鋼のシートを所望の幾何学的形状に打抜くことを含むことができる。他に、この非限定具体例によれば、相互接続は、打抜き及び機械加工の組合せを使用して形成できる。別の非限定具体例によれば、相互接続を形成することは、フェライト系ステンレス鋼ブランクを提供することと、マスク材をフェライト系ステンレス鋼ブランクの保持する予定である部分に適用することと、ブランクをケミカルミリングして、ブランクのマスクしていない部分から材料を除去して、少なくとも１つのバイア及び少なくとも１つのガス流チャネルを有する相互接続を形成することとを含んでよい。その後、相互接続を電解研磨でき、電解研磨した後にマスク材。例えば、この非限定具体例によれば、フェライト系ステンレス鋼ブランクのマスクされた部分は、相互接続においてバイアを形成するブランクの部分としてよい。相互接続を形成する上述した方法及び他の方法は、当分野において周知である。
【０１３０】
先に検討したように、本明細書において開示する様々な非限定具体例によれば、相互接続を形成することは、金属材料をフェライト系ステンレス鋼の少なくとも一部分に接続する前に、最中に、または後に行われることができる。例えば、相互接続を形成することは、金属材料をフェライト系ステンレス鋼に接続する前に行われる１非限定具体例によれば、相互接続の製造方法は、フェライト系ステンレス鋼シート材料を提供することと、フェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成することと、金属材料を相互接続の少なくとも１つの表面の少なくとも一部分にめっきすることとを含むことができ、金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金である。所望により、この非限定具体例によれば、相互接続を形成する前に、ニッケル基超耐熱合金の層をフェライト系ステンレス鋼にクラッディングしてよく、その結果、形成後に、相互接続は、ニッケル基超耐熱合金を含む第１の側及びフェライト系ステンレス鋼を含み第１の側と向かい合う第２の側を有する。その後、金属材料を、相互接続の第２の側のフェライト系ステンレス鋼の表面にめっきしてよい。
【０１３１】
相互接続を形成することは、金属材料をフェライト系ステンレス鋼に接続した後に行われる別の非限定具体例によれば、相互接続の製造方法は、フェライト系ステンレス鋼シート材料を提供することと、金属材料をフェライト系ステンレス鋼シート材料の少なくとも１つの表面の少なくとも一部分にクラッディングし、金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと；クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成することと、を含むことができる。さらに、この非限定具体例によれば、クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料から相互接続を形成する前に、例えば、圧延によって、クラッディング済みフェライト系ステンレス鋼シート材料を処理して、完成ゲージにすることができる。所望により、この非限定具体例によれば、金属材料を、フェライト系ステンレス鋼の第１の表面の上にクラッディングすることができ、ニッケル基超耐熱合金の層を、第１の表面と向かい合うフェライト系ステンレス鋼の第２の表面にクラッディングすることができる。
【０１３２】
相互接続を形成することは、金属材料をフェライト系ステンレス鋼に接続することと本質的に同時に行われるさらに別の非限定具体例によれば、相互接続の製造方法は、ダイ中のフェライト系ステンレス鋼シート材料を提供することと、金属材料のシートまたは箔をフェライト系ステンレス鋼シート材料の少なくとも一部分の隣に置き、金属材料は、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、またはニッケル−銅合金であることと；熱及び圧力下で鍛造することによって相互接続を形成し、その結果、フェライト系ステンレス鋼及び金属材料は同時に相互接続に形成され、一緒にクラッディングされることと、を含むことができる。所望により、この非限定具体例によれば、金属材料のシートまたは箔をフェライト系ステンレス鋼シート材料の第１の側の隣に置くことができ、ニッケル基超耐熱合金のシートまたは箔を、第１の側と向かい合うフェライト系ステンレス鋼の第２の側の隣に置くことができ、その後スタックを鍛造して、相互接続を形成することができる。
【０１３３】
以下の非限定実施例は、本開示の様々な態様の理解を促進することを意図されており、本明細書において限定的であることを意図されていない。
【実施例】
【０１３４】
実施例１
２つのフェライト系ステンレス鋼の各々の３つの試料を得て、次の通り試験した。３つのフェライト系ステンレス鋼試料の第１の組は、ＡＬ  ４５３ＴＭ合金（合金の名目組成は上記の表Ｉに述べた）の試料だった。こうした３つの試料を、下記に検討するように、試験する前に、電解研磨した。３つのフェライト系ステンレス鋼試料の第２の組は、Ｅ−ブライト（登録商標）合金（合金の名目組成は上記の表Ｉに述べた）の試料であり、電解研磨無しで試験した。
【０１３５】
ＡＬ  ４５３ＴＭ合金試料の電解研磨を次の通り行った。電解研磨する予定の試料を、２４０グリット炭化ケイ素湿式／乾式金属組織学的研削紙を用いて研削した。試料を次に、以下の組成：２５％の硫酸、４７％のリン酸、及び２８％のグリコール酸を有する水性酸溶液中に浸漬した。溶液を約１７５°Fで保持し、１Amp./in２の電流を、試料を通して２０分間通すことによって電解研磨を実行し、試料を５分毎にひっくり返した。
【０１３６】
各試料の耐酸化性を次に、熱酸化サイクリングによって評価した。各熱酸化サイクルの最中に、試料を、７％の水蒸気を含む空気に、温度７６０℃で、名目上１６０時間さらした。総暴露時間４０００時間を実現するまで、周期的な暴露を繰り返した。試料の重量を各熱酸化サイクルの後に測定し、記録した。この試験の結果を、試験した各試料の場合の重量変化／試料表面積（mg/cm２）対暴露時間（時間）のプロットとして図７に提出する。
【０１３７】
図７から了解されるように、ＡＬ  ４５３ＴＭ合金の電解研磨された試料の各々は、暴露時間の間中重量を得たが、電解研磨されていない試料（すなわち、Ｅ−ブライト（登録商標）合金試料）は、約１０００時間の暴露の後に重量を失い、残りの暴露時間の間中重量を失い続けた。この重量損失は、試験の最中の試料の表面からのクロムを含む蒸気種の発生に起因すると考えられている。
実施例２：
ＡＬ  ４５３ＴＭ合金（合金の名目組成は上記の表Ｉに述べた）の試料を、上記の実施例１に説明したように電解研磨した。その後、電解研磨された表面の部分を、ダイヤモンドのチップを付けたスタイラスを使用して機械的に摩削した。試料を次に炉中に置き、８７５℃で７２時間、空気下で加熱して、酸化物スケールを試料の表面に形成させた。
【０１３８】
暴露の後に、試料を走査型電子顕微鏡を使用して観察し、幾つかの元素の特性Ｘ線を地図作成して、試料の表面におけるまたはこの近くの様々な元素の相対量を示した。図８ａは、試料の二次電子画像であり、図８ｂ〜８ｅは、示す元素の特性Ｘ線を使用して得られた、図８ａに示した同じ区域の特性Ｘ線地図である。特に、図８ｂは、クロムの特性Ｘ線のＸ線地図作成であり、図８ｃは、鉄の特性Ｘ線のＸ線地図作成であり、図８ｄは、アルミニウムの特性Ｘ線のＸ線地図作成であり、図８ｅは、マンガンの特性Ｘ線のＸ線地図作成である。
【０１３９】
この一連の画像から了解されるように、ダイヤモンドのチップを付けたスタイラスを使用して摩削した電解研磨された表面の部分は、より高い濃度のクロム及びマンガンを有し、この部分におけるマンガン−クロメートスピネルのスケールの形成を示した。それに反して、摩削されなかった電解研磨された表面の部分は、より高い濃度の鉄及びアルミニウムを有し、アルミニウムに富んでいる酸化物スケールがこうした部分において成長し、酸化試験の間中損なわれないままだったことを示した。アルミニウムに富んでいる酸化物表面への実質的なクロム移動は観察されなかった。
【０１４０】
本説明が、本発明の明確な理解に適した本発明の態様を示すことは理解できるはずである。当業者には明白であると思われ、従って本発明のより良い理解を促進しないと思われる本発明の特定の態様は、本説明を簡略化するために提出していない。本発明を特定の具体例に関連して説明してきたが、本発明は、開示する特定の具体例に限定されるのではなく、添付の請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲内の修正を包含することを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】ＳＯＦＣｓのための相互接続の概略斜視図である。
【図２】相互接続を含むＰＳＯＦＣの概略斜視図である。
【図３】図３ａは、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続の概略断面図である。図３ｂは、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続の概略断面図である。図３ｃは、本明細書において開示する様々な非限定具体例に従う相互接続の概略断面図である。
【図４】従来のＰＳＯＦＣにおける様々な燃料利用レベルの場合の酸素分圧対稼働温度の変化を示すグラフである。
【図５】典型的な平坦な固体酸化物燃料電池の稼働の最中の、相互接続の燃料側の最も近くの特定の稼働条件（すなわち、温度及びｐＯ２）を一般に示すエリンガム図である。
【図６】幾つかの材料の場合の熱膨張率のグラフである。
【図７】１つは電解研磨され、１つは電解研磨されなかった２つの異なるフェライト系ステンレス鋼の試料の場合の、重量変化／単位表面積対時間のプロットである。
【図８】図８ａは、電解研磨され、一部分はそれに続いて摩削されたフェライト系ステンレス鋼の表面の二次電子画像である。図８ｂは、図８ａに示した同じ区域から得られたクロムの場合の特性Ｘ線地図である。図８ｃは、図８ａに示した同じ区域から得られた鉄の場合の特性Ｘ線地図である。図８ｄは、図８ａに示した同じ区域から得られたアルミニウムの場合の特性Ｘ線地図である。図８ｅは、図８ａに示した同じ区域から得られたマンガンの場合の特性Ｘ線地図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図８ｅ】
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