(57)【要約】  ステンレス鋼のシートの表面を調整し、セラミック又はその他の層を該表面上へ適用する方法であって、該方法は、ａ）該鋼のシートを保護ガス雰囲気中、高めた温度でアニーリングする工程、ｂ）粗面を形成するために該シートの表面を抑制エッチングする工程、及びｃ）保護及び導電層を該金属粗面上に堆積させる工程を含む、上記の方法。本発明の方法によって、特に、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形電解質セルにおけるインターコネクトとして使用するのに所望される特性を備えたコーティングされた金属シートがもたらされる。
2014517871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ０．２ｍｍ乃至８ｍｍまでのステンレス鋼のプレート又はシートの表面を調整し、引き続き、ウォッシュコーティング、スクリーン印刷、湿式粉体塗装、フレーム溶射又はプラズマ溶射によってセラミック層又は金属層のような層をその調整された表面上へ適用する方法であって、該方法が、次の工程、
ａ）任意に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びその他の酸化可能な（陽性）元素を該表面から分離するために、該鋼のプレート又はシートを保護ガス雰囲気中、６００〜１，０００℃の温度で、１００ｈｒｓまでアニーリングする工程、
ｂ）止まり穴、すなわち、閉じた、あるいは非貫通穴で、粗面を形成し、該表面に３μｍ〜５０μｍの粗度Ｒｚをもたらすために、該プレート又はシートの表面を抑制エッチングする工程、そして
ｃ）保護及び導電層を該金属粗面上に堆積させることによって、該表面上に金属酸化物層を形成する工程、
を含む、上記の方法。
【請求項２】
前記工程（ａ）における任意のアニーリングが、Ａｒ及びその他の不活性ガス、Ｎ２及びＨ２から選択される保護ガス雰囲気中で１時間以上行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）において施用される前記層が、セラミック層又は金属層である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記保護及び導電層が、溶射、ウォッシュコーティング、スクリーン印刷、湿式粉体塗装、フレーム溶射、プラズマ溶射、ＰＶＤ（物理的気相成長法）、ＣＶＤ（化学蒸着法）及びめっき法（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって前記金属粗面上に堆積される、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
前記工程（ｃ）において堆積された層が、ＬＳＭ（ランタン−ストロンチウム−マンガナイト）、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｒ−Ｏ、Ｌａ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｏ、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｏ−Ｏ、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｏ又はＬａ−Ｓｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｏから構成されるか、あるいは、一般式、ＡＢＯ３を有するペロブスカイト材料、又は一般式ＡＢＯ４（式中、元素Ａ及びＢは、一般に＋２及び＋３の酸化状態を有する）を有するスピネル材料からなる、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
前記工程（ｃ）において施用されるコーティングが、Ｃｏ又はＣｏ及びＮｉの組合せからなり、ＰＶＤ（物理的気相成長法）、ＣＶＤ（化学蒸着法又はめっき法（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって形成される、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
前記金属層が、高温耐酸化性合金から選択される、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
前記工程（ｂ）における抑制されたエッチングが、湿式化学法又はその他のエッチング法を用いて実行される、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
前記溶射が、コーティング粉末が完全に、あるいはほぼ溶融される温度で実行されるプラズマ溶射法である、請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
前記エッチングが、ＦｅＣｌ３及びＨＣｌを含む湿式化学法を用いて実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記抑制されたエッチングが、ＦｅＣｌ３、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、ＮＨ４Ｆ又はそれらの組合せを含む湿式化学法を用いて実行される、請求項８又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記エッチング後に、コーティングの前に、８００〜９５０℃の温度における１〜１０時間の空気中での酸化が行われる、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
前記ステンレス鋼が、高温フェライト系ステンレス鋼である、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
前記ステンレス鋼が、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）  ２２  Ｈ、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）  ２２  ＡＰＵ、Ｓａｎｄｖｉｋ  Ｓａｎｅｒｇｙ（商標）  ＨＴ、ＺＭＧ  ２３２Ｌ、ＺＭＧ  Ｊ３及びＺＭＧ  Ｇ１０から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記表面上又はそれの近くにＳｉ、Ｔｉ及びＡｌを濃縮するために、前記エッチングの前に、Ｈ２、Ａｒなどの低Ｏ２含有雰囲気中で、６００〜１，２００℃の温度で０〜１００ｈｒｓ、前記金属シートが熱処理される、請求項１〜１４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一つに記載の方法を用いたステンレス鋼のシートのコーティングによって製造された、プレート。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか一つに記載の方法を用いたステンレス鋼の薄いシートのコーティングによって製造された、インターコネクトプレート（ＩＣ−プレート）
【請求項１８】
請求項１７に記載のインターコネクトプレート（ＩＣ−プレート）の、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック又は固体酸化物形電解質セル（ＳＯＥＣ）スタックにおける使用。
【請求項１９】
請求項１６に記載のインターコネクトプレート（ＩＣ−プレート）を複数含む、高温燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼のプレート又はシートの表面を調整し、引き続いて該表面上へ層を適用する方法に関する。本発明はさらに、該方法によって製造されたインターコネクト（ＩＣ）プレート、及び燃料電池スタックにおける該インターコネクトプレートの使用に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明の方法は、高温燃料電池、特に、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）又は固体酸化物形電解質セル（ＳＯＥＣ）だけでなく、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）のようなその他の高温燃料電池のためのインターコネクトプレートの製造と組み合わせて使用することを意図するものである。
【背景技術】
【０００３】
以下では、固体酸化物形電解質による、酸素及び水素ガスを生成する水の電気分解のための再生可能なモードにある固体酸化物形燃料電池である、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）又は固体酸化物形電解質セル（ＳＯＥＣ）に関連して本発明を説明する。固体酸化物形燃料電池は、酸素イオンを伝導させる固体電解質、酸素が酸素イオンに還元されるカソード、及び水素が酸化されるアノードを含む。ＳＯＦＣにおける全体の反応は、水素及び酸素が電気化学的に反応して電力、熱及び水を生じさせる。必要な水素を生成するために、アノードは、通常、炭化水素、特に天然ガスの水蒸気改質に対する触媒活性を有するため、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素が生じる。天然ガスの主成分であるメタンの水蒸気改質は、次の反応式によって説明できる。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２
【０００４】
運転の間、固体酸化物形燃料電池のカソード領域中に空気などの酸化剤が供給される。水素などの燃料は、燃料電池のアノード領域中に供給される。あるいはまた、メタンのような炭化水素燃料がアノード領域中に供給され、そこで、上述の反応により水素及び炭素酸化物へ転化される。水素は多孔質のアノードを通過して、アノード／電解質界面で、カソード側で生じ、電解質を通って拡散した酸素イオンと反応する。酸素イオンは、セル外部の電気回路からの電子の入力によってカソード側で形成される。
【０００５】
電圧を高めるために、いくつかの個々のセル（セル単位）が組み立てられて、セルスタックを形成し、そしてそれらはインターコネクトによって互いに連結される。インターコネクトは、隣接するセル単位のアノード（燃料）側とカソード（空気／酸素）側とを分離するためのガス障壁として機能すると同時に、隣接するセル、すなわち、余剰電子を有する一方のセル単位のアノードと、還元プロセスのための電子を必要とする隣接するセル単位のカソードとの間の電流伝導を可能にする。
【０００６】
インターコネクトには、通常、インターコネクトの一方の側で燃料ガスを通過させ、かつ、他方の側で酸化剤ガスを通過させるための複数の流路が設けられている。ＳＯＦＣスタックの性能を最適化するために、正の因子の範囲は、最小化されるべき、関連する負の因子の別の範囲に許容できない影響をもたらすことなく、最大化されるあるべきである。最大化されるべきこれら因子とは、燃料利用、電気効率及び寿命であり、最小化されるべき因子とは、製造費用、寸法、製造時間、故障率及び部品の数である。
【０００７】
インターコネクトは、上述のほとんどの因子に直接影響を及ぼす。したがって、インターコネクトの構成及びは特性のいずれも、セルスタックの機能にとって考慮すべき重要事項である。
【０００８】
インターコネクトの特性を向上させるために、インターコネクトに、保護コーティングを設けることが望ましい場合がしばしばある。そのようなコーティングは、ウォッシュコーティング、スクリーン印刷、湿式粉体塗装、フレーム溶射又はプラズマ溶射のような方法によって適用できる。保護コーティングが金属製のインターコネクトの表面上に施用される場合、コーティングとインターコネクトプレートとの間に強い付着をもたらすために、該表面は、少なくとも３〜５μｍの粗度Ｒｚを有さなくてはならない。しかし、インターコネクトとして使用される、加圧されたステンレス鋼の薄いシート又はベルトは、一般に、３μｍ以下の低い粗度Ｒｚを有し、これは、インターコネクトに必要な保護コーティングを設けるのを困難にする。サンドブラストは、この問題を解決する有効な方法であるが、薄い鋼ベルト、すなわち、約１ｍｍ以下の厚さを有するベルトは変形してしまい、インターコネクトプレートの使用を不可能にしてしまう。当然ながら、鋼ベルトは、意図される用途に応じて製造できる。すなわち、該ベルトは、ある特定の粗度で製造できる。しかし、その後の鋼ベルトの成形によってこの粗度は少なくともある程度損なわれてしまう。
【０００９】
驚くべきことに、湿式化学法、例えば、ＦｅＣｌ３及びＨＣｌ及び任意にフッ化物の溶液を含む湿式化学法を用いて、成形されたインターコネクトプレート又はシートを抑制エッチング（フラッシュエッチング）することを含む表面調整によって、ある種の結晶格子配置を有する粒子の選択的エッチングに起因して、不規則な急傾斜の止まり穴、つまり、閉じたあるいは“非貫通”穴を有する表面が形成されて、望ましい３μｍ〜５０μｍの粗度Ｒｚが表面に与えられることが、今や、見出された。この粗面は、コーティングが表面上に堆積された際にそのコーティングに対する強い結合を形成する。
【００１０】
さらに、エッチングによって、表面中あるいは表面付近で濃厚化し得る、例えば、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＡｌのような元素の濃度が低下する。そのような元素は、一般に、合金の熱処理の間に表面中で濃厚化する。
【００１１】
ステンレス鋼のプレート又はシートのような金属品の表面特性に、表面をエッチングすることによって影響を及ぼすか、あるいはそれを変化させることができることは知られている。例えば、米国特許出願公開第２０１０／０１３２８４２Ａ１号明細書（特許文献１）は、高分子電解質膜燃料電池のバイポーラプレートのための特定のステンレス鋼の表面特性を改善することによって、低い界面接触抵抗と同時に良好な耐腐食性を確実にする方法を開示している。該方法は、硫酸水溶液でステンレス鋼を酸洗すること、該ステンレス鋼を水で洗浄すること、それを硝酸及びフッ化水素の混合物に浸漬して不動態層を形成すること、及び浸漬したステンレス鋼をプラズマ窒化して、ステンレス鋼の表面上に窒化物層を形成することを含む。
【００１２】
この公知の方法は、特定の鋼種及びＨ２ＳＯ４での特定の酸洗、及びその後の、ＣｒＮ及び／又はＣｒ２Ｎを含む窒化物層を鋼表面上に与える、同様に特定の窒化プロセスに限定される。この方法は、特定の目的には有用であり得るが、より広範囲の利用にまで拡張されないため、上述の特許出願は、様々なエッチング及び／又はコーティング条件で、異なる種類のコーティングを鋼表面に適用する可能性を構想するものではない。さらに、上述の特許出願明細書の開示は、鋼表面上に、特に選択された穴形状を得ることの重要性については全く触れていない。
【００１３】
特許第４４９１３６３Ｂ２号公報（特許文献２）は、プラズマエッチング及び／又はその他のプラズマプロセスのための装置を記載しており、該装置は、とりわけ、燃料電池のためのセパレータの製造における薄い金属プレート上に薄膜を形成するのに用いられる。
【００１４】
燃料電池のためのインターコネクトの製造と組み合わせたエッチングもまた、米国特許出願第２００３／００６４２６９Ａ１号明細書（特許文献３）に開示されており、その際、機械加工又は化学エッチングにより、平坦なブランクプレートから非極性のインターコネクトが形成される。この場合の目的は、プレート上にピンを設けることであり、該ピンは、アノード及びカソードの両方に向かって延び、それらと接触するが、本発明による目的は、金属プレートの表面に抑制された程度の粗度を与えることによって、表面のコーティング付着を可能にすることである。
【００１５】
特許第４０９３３２１Ｂ２号公報（特許文献４）は、混合種の多孔質管状構造物、例えば、固体酸化物形燃料電池を製造するのに使用される炉のコア管を開示しており、これは、温度サイクルに起因するクラッキングのような損傷の危険性を伴うことなく、９００℃以上の高温に耐える。プラズマ溶射により、多孔質セラミックのフレーム溶射フィルムが多孔質合金フィルム上に形成される。さらに、湿式エッチング法により、ベース材料はエッチングされる。しかし、これを達成する目的及び手段のいずれも、本発明の目的及び手段とは非常に異なる。
【００１６】
最後に、米国特許出願第２００７／０２４８８６７号明細書（特許文献５）は、固体酸化物形電解質、アノード及びカソードを含む燃料電池要素のためのエッチングされたインターコネクトを開示しており、ここで、インターコネクトは、アノードガス流路を備えた第１の面及びカソードガス流路を備えた第２の面を有する導電性ベースシートを含む。好ましい実施形態において、それらガス流路は、光化学エッチング法を用いて形成されるが、インターコネクトの表面上にコーティングを適用することに関しては何ら言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１３２８４２Ａ１号明細書
【特許文献２】特許第４４９１３６３Ｂ２号公報
【特許文献３】米国特許出願第２００３／００６４２６９Ａ１号明細書
【特許文献４】特許第４０９３３２１Ｂ２号公報
【特許文献５】米国特許出願第２００７／０２４８８６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記で示したように、本発明は、層、例えば、セラミック層又は金属層を、ステンレス鋼のプレート又はシート上へ施用する方法であって、その際、鋼プレート又はシートの表面を、その上に層を施用する前に、エッチングによって粗面化して、層と鋼表面との結合を改善する方法に関する。本発明さらに、該方法によって製造されたインターコネクト、及び該インターコネクトプレートの燃料電池スタック中での使用にも関する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
より詳細には、本発明は、０．２ｍｍ乃至８ｍｍまでの厚さのステンレス鋼のプレート又はシートの表面を調整し、引き続き、セラミック層又は金属層のような層を該調整された表面上へ、ウォッシュコーティング、スクリーン印刷、湿式粉体塗装、フレーム溶射又はプラズマ溶射によって適用する方法であって、次の工程、
ａ）任意に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びその他の酸化可能な（陽性）元素を該表面から分離するために、該鋼のプレート又はシートを保護ガス雰囲気中、６００〜１，０００℃の温度で、１００ｈｒｓまでアニーリングする工程、
ｂ）止まり穴、すなわち、閉じた、あるいは非貫通穴で粗面を形成し、該表面に３μｍ〜５０μｍの粗度Ｒｚをもたらすために、該プレート又はシートの表面を抑制エッチングする工程、そして
ｃ）保護及び導電層を該金属粗面上に堆積させることによって、該表面上に層を形成する工程、
を含む、上記の方法に関する。
【００２０】
保護及び導電層は、溶射、ウォッシュコーティング、スクリーン印刷、湿式粉体塗装、フレーム溶射、プラズマ溶射、又はその他の適当な方法によって金属粗面上へ堆積される。その他の適した方法には、ＰＶＤ（物理的気相成長法）、ＣＶＤ（化学蒸着法）、及びめっき法（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓ）の使用が含まれる。
【００２１】
したがって、本発明の考えとは、個々のセルのインターコネクトが、鋼表面を調整する予備処理及びその後の調整された表面上へのセラミック層の溶射からなる本発明の方法によって製造された燃料電池スタックを用いることによって改善された性能が得られる、ということである。
【００２２】
調整する予備処理は、保護ガス雰囲気中での、６００〜１，０００℃の温度での、１００ｈｒｓにまでの、鋼プレート又はシートの表面の任意のアニーリングからなり、施用されるセラミック層のそれぞれに依存して最適化される。
【００２３】
予備に、鋼プレート又はシートの熱処理を行うことが好ましい理由とは、鋼が、ＳＯＦＣスタックにおける高温での運転の間に、あるいは、適当な熱処理によって、鋼表面又は鋼表面近くで濃度が高まってしまうＳｉ、Ｔｉ及びＡｌをほとんど不可避的に含むという事実にある。いずれの場合においても、表面の導電性が低減する。
【００２４】
好ましい実施形態において、本発明の方法の工程ｃ）において堆積される保護及び導電性のセラミック粉末層は、ＬＳＭ（ランタン−ストロンチウム−マグネタイト）、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｒ−Ｏ、Ｌａ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｏ、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｏ−Ｏ、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｏ又はＬａ−Ｓｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｏからなる。
【００２５】
溶射の方法は、熱プラズマコーティング法から好ましく選択される。熱プラズマコーティングは、適用される粉末の溶融温度以上で行われるのが特に好ましい。
【００２６】
抑制エッチングは、湿式化学法又はその他のエッチング法を用いて行うことができる。湿式化学法のうち、好ましいのは、ＦｅＣｌ３＋ＨＣｌを含む方法である。任意にフッ化物を含有するＦｅＣｌ３及びＨＣｌの溶液を含む湿式化学法を用いて抑制エッチングを行うのがさらに好ましい。
【００２７】
エッチングに続き、コーティングの前に、空気中で、８００〜９５０℃の温度で１〜１０時間酸化を行うことができる。
【００２８】
ステンレス鋼は、適した高温耐腐食性を有する鋼種である、フェライト系合金、オーステナイト系合金、二元系合金、クロム基合金又はニッケル基合金選択することができる。適したフェライト系ステンレス鋼は、Ｔｈｙｓｓｅｎ  Ｋｒｕｐｐ  からのＣｒｏｆｅｒ（登録商標）  ２２  Ｈ及びＣｒｏｆｅｒ（登録商標）  ２２  ＡＰＵ，  Ｓａｎｄｖｉｋ  ＡＢ  からのＳａｎｅｒｇｙ（商標）  ＨＴ及びＨｉｔａｃｈｉ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｌｔｄ  からのＺＭＧ  ２３２  ｔｙｐｅｓである。これらの鋼は、本発明の目的に特に良好に適しているが、これらの特定の鋼に限定されるものではない。
【００２９】
その他の表面処理法に替えてエッチングを用いることにより、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びその他の可能な酸素親和性（ｏｘｙｇｅｎｏｐｈｉｌｉｃ）元素の濃度が低減された金属表面を得ることができ、ここで、（Ｍｎを除く）これら元素は、表面の導電性を低減する傾向があり、これは接触抵抗を低下させる。
【００３０】
エッチングされ、続いてコーティングされたインターコネクトを燃料電池スタック中で使用する場合、図３に見られるように、顕著に改善されたスタック性能が観察される。さらに、燃料電池スタックの腐食も同様によりゆっくりと進行する。
【００３１】
本発明を以下の実施例によってさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】エッチング深さ、５−７μｍを示す顕微鏡写真。
【図２】エッチング深さ、１１−２０μｍを示す顕微鏡写真。
【図３】最初にＦｅＣｌ３＋ＨＣｌでエッチングされ、それからＬＳＭ（ランタン−ストロンチウム−マグネタイト）でコーティングされた、ＩＣ−プレートの顕微鏡写真。
【図４】走査電子顕微鏡による図３の拡大写真。
【図５】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で記録された別の写真。
【図６】本発明によるインターコネクトを有する燃料電池スタックと従来のインターコネクトを有する燃料電池スタックのセル電圧の経時変化を示す図。
【実施例】
【００３３】
実施例１
この実施例は、本発明による薄い鋼ベルトのエッチング、特に、酸濃度の重要性に焦点を当てた実験を示す。
【００３４】
エッチングは、鋼の薄いプレート又はベルトの表面に対する必要な粗度を得るのに望ましい方法である。というのも、薄い鋼ベルト、すなわち、１ｍｍ未満の厚さを有するベルトのサンドブラストは、ベルトの形状を損なう傾向がありため、インターコネクトの使用を不可能にするからである。
【００３５】
エッチングの深さが、エッチング時間及び酸濃度によってどのような影響を受けるかを調査するために、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）  ２２  ＡＰＵ鋼プレートについてエッチングの多数の実験が行われた。注意深くエッチングするよう試みたことによって、得られたエッチングは深過ぎなかった。
【００３６】
得られた結果を以下の表１に示す。
【００３７】
【表１】
2014517871.tif 000003
エッチングは、０〜１．５重量％ＨＣｌを有するＦｅＣｌ３の溶液を含む湿式化学法を用いて行った。
【００３８】
上記の結果は、エッチングがプレート中へ深く進んでしまい（Ｒｚ＝２７．７〜３６．２μｍ）、この場合、表面の５〜７μｍだけを除去すべきであったことを示している。この場合、元来の表面の約４０％のが保たれたままであることが理由である（図１を参照：エッチング深さ５〜７μｍ）。これは、おそらくは、ある種の結晶格子配向を有する粒子の選択的なエッチング及び／又は表面における保護酸化クロムの持続性でない層の厚さに起因して、同量の除去される材料について、保護されていない部分においてエッチングがより深く進行してしまうからであろう。図から明らかなように、表面の粗度は、より深くエッチングされた試料上においてより低い（図２：エッチング深さ１１〜２０μｍ）。これは、プラズマコーティングがこれらの表面を結合できることを証明している。
【００３９】
図３は、最初にＦｅＣｌ３＋ＨＣｌでエッチングされ、それからＬＳＭ（ランタン−ストロンチウム−マグネタイト）でコーティングされた、ＩＣ−プレートの顕微鏡写真である。図４には、同じ顕微鏡写真の拡大図が示されている。
【００４０】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で記録された他の写真を図５に示す。像は、フェライト系ステンレス鋼のＣｒｏｆｅｒ（登録商標）  ２２  ＡＰＵの、フラッシュエッチングによって形成された粗面を示している。
【００４１】
実施例２
本発明の方法にしたがって製造されたインターコネクトプレートを用いた燃料電池からなる燃料電池スタックの性能を測定し、Ｔｏｐｓｏｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ａ／Ｓにおける従来のＩＣ−予備処理法にしたがって製造されたインターコネクトプレートを用いた燃料電池からなる同様の燃料電池スタックの性能と比較する。
【００４２】
本発明にしたがって行われたエッチング処理によって、表面におけるＳｉの量は低減される。Ｔｉ及びＡｌのそれぞれの量は、処理によって５〜１０倍のファクターで低減される。
【００４３】
２種の燃料電池スタックの性能を観察した結果を、以下の表２（従来のＩＣ−予備処理法）及び表３（本発明による方法）に示す。
【００４４】
【表２】
2014517871.tif 000004
【００４５】
【表３】
2014517871.tif 000005
【００４６】
図６は、観察した、上述の２種の燃料電池スタックの性能を示している。図の左側の部分は、従来のＩＣ−予備処理法に従って製造されたインターコネクトプレートを用いた燃料電池セルから製造されたスタックの性能を示しており、他方、図の右側部分は、本発明による方法によって製造されたインターコネクトプレートを用いた燃料電池から製造されたスタックの性能を示している。図は、約２ヶ月にわたって測定された平均セル電圧を示しており、本発明によって製造されたインターコネクトを有するセルにおいては、３５Ａにおけるセル電圧が適正に一定のまま（約０．９Ｖ）である一方で、従来のＩＣ−予備処理法によって製造されたインターコネクトを有するセルにおいては、同一条件下の測定で、測定期間にわたって、約０．８８Ｖ〜０．７８Ｖへと一様に低減することが示されている。
【図１】
2014517871.tif 000006
【図２】
2014517871.tif 000007
【図３】
2014517871.tif 000008
【図４】
2014517871.tif 000009
【図５】
2014517871.tif 000010
【図６】
2014517871.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月14日(2013.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ０．２ｍｍ乃至８ｍｍまでのステンレス鋼のプレート又はシートの表面を調整し、引き続き、層をその調整された表面上へ適用する方法であって、該方法が、次の工程、
ａ）Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びその他の酸化可能な（陽性）元素を該表面から分離するために、該鋼のプレート又はシートを保護ガス雰囲気中、６００〜１，０００℃の温度で、１００ｈｒｓまでアニーリングする工程、
ｂ）止まり穴、すなわち、閉じた、あるいは非貫通穴で、粗面を形成し、該表面に３μｍ〜５０μｍの粗度Ｒｚをもたらすために、該プレート又はシートの表面を抑制エッチングする工程、そして
ｃ）保護及び導電層を該金属粗面上に堆積させる工程、
を含み、
その際、前記工程（ａ）におけるアニーリングが、Ａｒ及びその他の不活性ガス、Ｎ２及びＨ２から選択される保護ガス雰囲気中で１時間以上行われることを特徴とする、上記の方法。
【請求項２】
前記層が、セラミック層又は金属層である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記保護及び導電層が、溶射、ウォッシュコーティング、スクリーン印刷、湿式粉体塗装、フレーム溶射、プラズマ溶射、ＰＶＤ（物理的気相成長法）、ＣＶＤ（化学蒸着法）又はめっき法（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって前記金属粗面上に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）において堆積された層が、ＬＳＭ（ランタン−ストロンチウム−マンガナイト）、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｒ−Ｏ、Ｌａ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｏ、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｏ−Ｏ、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｏ又はＬａ−Ｓｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｏから構成されるか、あるいは、一般式、ＡＢＯ３を有するペロブスカイト材料か、又は一般式ＡＢＯ４（式中、元素Ａ及びＢは、一般に＋２及び＋３の酸化状態を有する）を有するスピネル材料からなる、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
前記工程（ｃ）において施用されるコーティングが、Ｃｏ又はＣｏ及びＮｉの組合せからなり、ＰＶＤ（物理的気相成長法）、ＣＶＤ（化学蒸着法又はめっき法（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって形成される、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
前記金属層が、高温耐酸化性合金から選択される、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
前記工程（ｂ）における抑制されたエッチングが、湿式化学法又はその他のエッチング法を用いて実行される、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
前記溶射が、コーティング粉末が完全に、あるいはほぼ溶融される温度で実行されるプラズマ溶射法である、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
前記エッチングが、ＦｅＣｌ３及びＨＣｌを含む湿式化学法を用いて実行される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記抑制されたエッチングが、ＦｅＣｌ３、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、ＮＨ４Ｆ又はそれらの組合せを含む湿式化学法を用いて実行される、請求項７又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記エッチング後に、コーティングの前に、８００〜９５０℃の温度における１〜１０時間の空気中での酸化が行われる、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
前記ステンレス鋼が、高温フェライト系ステンレス鋼である、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
前記ステンレス鋼が、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）  ２２  Ｈ、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）  ２２  ＡＰＵ、Ｓａｎｄｖｉｋ  Ｓａｎｅｒｇｙ（商標）  ＨＴ、ＺＭＧ  ２３２Ｌ、ＺＭＧ  Ｊ３及びＺＭＧ  Ｇ１０から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記表面上又はそれの近くにＳｉ、Ｔｉ及びＡｌを濃縮するために、前記エッチングの前に、Ｈ２、Ａｒなどの低Ｏ２含有雰囲気中で、６００〜１，０００℃の温度で１００ｈｒｓまで、前記金属シートが熱処理される、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一つに記載の方法によって製造されたステンレス鋼のインターコネクトプレート（ＩＣ−プレート）の、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック又は固体酸化物形電解質セル（ＳＯＥＣ）スタックにおける使用。
【国際調査報告】
2014517871.tif 000012
2014517871.tif 000013
2014517871.tif 000014