(57)【要約】  固体酸化物セル（ＳＯＣ）スタックにおけるインターコネクタと酸素電極材料との間の改善された接触は、ＳＯＣにおける酸素電極または酸素側接触層とＳＯＣスタックにおけるコーティングされたフェライト系ステンレス鋼インターコネクタ部との間の接触点を通して達成され、金属インターコネクタ上のコーティングはＣｕを含む。
2020502751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物セルと固体酸化物スタックのインターコネクタの間の接触点であって、
前記接触点が、
−焼結助剤として作用する元素を含むコーティングでコーティングされた、酸化クロム層で被覆されたフェライト系ステンレス鋼インターコネクタ基板、
−固体酸化物セルの酸素電極または酸素側接触層、
を含み、
ここで、前記元素が酸素電極または酸素側接触層材料に対する焼結助剤として機能する、前記接触点。
【請求項２】
焼結助剤として作用する前記元素がＣｕである、請求項１に記載の接触点。
【請求項３】
前記インターコネクタコーティングが、前記酸素電極または前記酸素側接触層に部分的に拡散している、請求項１または２に記載の接触点。
【請求項４】
前記インターコネクタコーティング内の焼結助剤として作用する前記元素の一部が、隣接する酸素電極または前記酸素側接触層に拡散している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の接触点。
【請求項５】
前記金属インターコネクタ上の前記コーティングが、ＣｕおよびＦｅの酸化物、ＣｕおよびＮｉの酸化物、ＣｕおよびＣｕの酸化物、またはＣｕ、ＣｏおよびＮｉの酸化物、または、Ｃｕ、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅの酸化物を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の接触点。
【請求項６】
前記酸素電極または酸素側接触層材料が、ペロブスカイト、ダブルペロブスカイト、またはラドレスデン−ポッパー相材料を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の接触点。
【請求項７】
前記界面の接着強度が、前記電解質と前記固体酸化物セルの前記バリア層との間の接着強度と同程度の大きさである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の接触点。
【請求項８】
７５０℃の空気中、１．２７Ａ／ｃｍ２の直流電流密度下、３ＭＰａの圧縮荷重下で測定した場合に、前記接触点間の電圧降下が、２５ｍＶ未満である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の接触点。
【請求項９】
前記固体酸化物セルスタックの動作温度が５００℃〜９００℃、好ましくは５５０℃〜８５０℃である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の接触点。
【請求項１０】
インターコネクタ上のコーティングと固体酸化物セル（ＳＯＣ）の酸素電極または酸素側接触層との間に、請求項１に記載の接触点を形成するための方法であって、
−フェライト系ステンレス鋼インターコネクタ基板を提供する、
−焼結助剤として作用する元素を含むコーティングによりインターコネクタ基板の酸素側をコーティングする、
−固体酸化物セルを提供する、
−コーティングされたインターコネクタ基板と固体酸化物セルを空気中で熱処理することによって焼結する、
ステップを含み、
ここで、前記元素が酸素電極または酸素側接触層材料に対する焼結助剤として機能する前記方法。
【請求項１１】
焼結助剤として作用する前記元素がＣｕである、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物セル（ＳＯＣ）スタックにおけるインターコネクタと酸素電極材料との間の改良された接触の達成に関する。より具体的には、本発明は、固体酸化物セルスタックの酸素電極または固体酸化物セルの酸素側接触層とコーティングされたフェライト系ステンレス鋼インターコネクタとの間の接触点に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物セル（ＳＯＣ）は、通常は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）および固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）などの、様々な用途のために設計されたセルを含み、いずれの場合においても、一方が陰極として作用し、もう一方が陽極として機能する２つの電極間に配置された固体電解質層を含む。これらのタイプのセルは、当技術分野において周知であり、国際出願ＷＯ２０１２／０６２３４１（特許文献１）およびＥＰ２１９４５９７Ａ１（特許文献２）に記載され、その両方ともデンマーク工科大学と共にその出願人に属する。
【０００３】
固体酸化物燃料電池は、酸素イオン伝導性電解質、酸素が還元される酸素極（カソード）、および燃料（例えば水素、メタン、または天然ガス）が酸化される燃料極（アノード）を含む。ＳＯＦＣの総括反応は、使用された燃料および酸素が電気化学的に反応して、電気、熱、および酸化種を生成するというものである。酸化種は、水素が燃料として使用される場合は水、一酸化炭素が燃料として使用される場合は二酸化炭素、ならびに炭化水素燃料では水および二酸化炭素の混合物である。
【０００４】
固体酸化物電解セルは、酸素イオン伝導性電解質、酸化種（例えば水もしくは二酸化炭素、またはその両方）が外部から印加される電界の助けを得て還元される燃料極（カソード）、および酸素イオンが分子酸素へと酸化される酸素極（アノード）を含む。ＳＯＥＣの総括反応は、酸化種が電気および熱を使用して、還元種に電気化学的に変換されるというものである。スタックへと供給された酸化種が水である場合は、水素が燃料極上で形成され、酸化種が二酸化炭素である場合は、一酸化炭素が燃料極上で形成される。酸化種が水および二酸化炭素の混合物である場合は、一酸化炭素および水素の混合物（合成ガスとしても公知である）が生成される。
【０００５】
ＳＯＥＣは、高温電解に適した温度、すなわちＳＯＦＣのものと類似の温度（約５００からの約１１００℃まで）で動作する。高い動作温度は、電解質中の十分に高い酸素イオン伝導率を確保するために必要である。ＳＯＣのための一般的に使用される電解質材料には、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、ガドリニアドープしたセリア（ＣＧＯ）、サマリアドープしたセリア（ＣＳＯ）、ストロンチウムおよびマグネシウムドープしたランタンガレート（ＬＳＧＭ）、ならびにその他多くのものが含まれる。
【０００６】
ＳＯＣ電極は典型的には複電子伝導性材料および電解質酸化物からなる合材料から製造される。例えば、ＹＳＺから製造された電解質では、従来の燃料電極はＮｉ−ＹＳＺのセラミック−金属（サーメット）複合材料である。同様に、酸素電極は典型的には電解質材料（例えばＹＳＺまたはＣＧＯ）と酸素電極活物質との複合物である。酸素電極活物質は、一般式ＡｘＢＯ３±δを有するペロブスカイトを含み、ここで、ＡおよびＢは金属イオンを表し、Ｏは酸素を表し、ｘはＡ部位非化学量論のレベル（過剰または不足）を表し、δは酸素の非化学量論を表す。関連するペロブスカイトの例には、ストロンチウムドープランタンマンガナイト（ＬＳＭ）、ストロンチウムがドープされたランタンフェライト（ＬＳＦ）、ストロンチウムがドープされたランタンコバルタイト（ＬＳＣ）、ストロンチウムがドープされたランタンフェライトコバルタイト（ＬＳＣＦ）、ストロンチウムがドープされたバリウムフェライト−コバルタイト（ＢＳＣＦ）、ストロンチウムドープサマリウムコバルタイト（ＳＳＣ）および当業者に知られている他のペロブスカイトが含まれる。
【０００７】
酸素電極活物質は、一般式Ａｎ−１ＢｎＯ３ｎ＋１±δを有する、いわゆるラドレスデン−ポッパー（Ｒｕｄｄｌｅｓｄｅｎ−Ｐｏｐｐｅｒ、ＲＰ）相材料も含むことができ、ここで、ＡおよびＢは金属イオンを表し、Ｏは酸素を表し、ｘはＡ−レベル部位非化学量論（過剰または不足）を表し、δは酸素非化学量論を示し、ｎは整数である。ＲＰ相材料の関連例には、ＬｎがランタニドであるＬｎ２ＮｉＯ４＋δ、ＡまたはＢサイトがドープされたＬｎ２ＮｉＯ４＋δ、および当業者に知られている他のＲＰ相が含まれる。ラドレスデン−ポッパー相材料は、一般式（ＡＡ’）ｘＢ２Ｏ５＋δを有する二重ペロブスカイトを含み、ここでＡ、Ａ’およびＢは金属イオンであり、Ｏは酸素を表し、ｘはＡ−サイト非化学量論のレベルを表し（過剰または不足）、δは酸素の非化学量論を示す。関連するダブルペロブスカイトの例には、ＬｎがランタニドであるＬｎＢａＣｏ２Ｏ５＋δ、および当業者に知られている他のダブルペロブスカイトなどの材料が含まれる。
【０００８】
セル活性領域上で良好な面内導電性を確実にするために、接触層が一般にＳＯＣの電極上に堆積される。酸素側接触層は、典型的には、ペロブスカイト、ダブルペロブスカイト、または上記のラドレスデン−ポッパー相材料などの高導電性酸化物材料を含む。いくつかのセル設計では、電極および接触層の機能性は単一の層に組み込まれている、すなわち、同じ層が活性電極および接触層の両方として作用する。
【０００９】
ＳＯＣスタックでは、各々が燃料極、電解質、酸素極、および任意選択で接触層を含む複数のセルは、各セルの間にインターコネクションプレート（またはインターコネクタ）を挿入することによって、直列に接続される。インターコネクタの役割は、１つのセルから次のセルへ電気接触させること、およびセル中へのガスの分布を促進することである。セルとインターコネクタとの間の接触抵抗から発生する電気抵抗を減少させるために、セルとインターコネクタとの間の接触の質が良好であること、すなわち、動作条件にかかわらず、低い電気抵抗および優れた機械的安定性を持つことが、非常に重要である。
【００１０】
金属インターコネクタに適した材料は、高い動作温度の下で、酸素極および燃料極の両方に供給されるガスに対して耐酸化性である必要があり、それらは、セルのセラミック成分の熱膨張係数（ＴＥＣ）に匹敵するＴＥＣをさらに示さなければならない。これらの必要条件の観点から、特に、酸化クロム表面層を形成するフェライト合金（例えばクロミア形成フェライト鋼）が、インターコネクタ用材料として使用される。そのような合金は、表面上に保護用の酸化クロムバリア層を形成する高いクロム含有量（およそ１５〜２６質量％）を含み、さらなる酸化からインターコネクタを保護する。そのような高クロムのフェライト鋼の例には、これらに限定されるものではないが、ＡＩＳＩ  ４４１、ＡＩＳＩ  ４４４、ＡＩＳＩ  ４３０、ＡＩＳＩ  ４４６、Ｃｒｏｆｅｒ  ２２Ｈ、Ｃｒｏｆｅｒ  ２２ＡＰＵ、ＺＭＧ  Ｇ１０、Ｅ−ｂｒｉｔｅ、Ｐｌａｎｓｅｅ  ＩＴＭ等が挙げられる。
【００１１】
ＳＯＣスタックの動作の間に、クロム種は、クロム含有金属インターコネクタ材料から、隣接する酸素極層へと拡散することがあり、これにより触媒性能に不都合に影響を与え、このように経時的にセル性能が制限される。この現象は、通常は、「クロム被毒」として公知である。クロム被毒は、金属インターコネクタ中のクロムが、その金属から、ガス状クロム含有酸化物およびオキシ水酸化物を介し、架橋金属酸化物成分上で表面拡散することによって、電極の酸素側の近くまたは酸素側にある電気化学的活性部位へ運ばれることが原因であり、それらが、電気化学的活性をかなりの程度まで急速に低下させる（Ｊ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．、１５４（４）、２００７年、Ａ２９５〜Ａ３０６頁（非特許文献１））。
【００１２】
ＳＯＣスタックインターコネクタ用のコーティングは、様々な方法を用いて堆積させることができる。最も一般的には、これらのコーティングは、金属またはセラミックとして堆積させられる。セラミックコーティングは、最も一般的にはＭｎ−Ｃｏスピネル組成物をベースとするのに対して、金属コーティングは、最も一般的にはコバルトをベースとする。堆積プロセス以外の、金属コーティングとセラミックコーティングとの間の主要な差は、金属コーティングが、フェライト鋼インターコネクタへはるかに良好に接着する点である。セラミックコーティングの接着がファンデルワールス力に基づくのに対して、金属コーティングは、多くの場合にフェライト鋼材料の体積強度を凌ぐ金属結合を供する。セラミックコーティングの接着強度は、堆積の前に酸化クロム層を形成するために、空気中で実施される予備酸化ステップにさらに依存する。この予備酸化ステップの理由は、インターコネクタ材料に粗さを加えて、機械的インターロックにより、堆積したままのセラミックコーティングのいくぶん良好な接着を得るためである。セラミック堆積プロセスはさらに、高密度なコーティングを生成することができず、インターコネクタ材料への接着が問題であることが公知である。このような理由で、これらのコーティングは、加熱の際に剥落する危険性があり、したがって、金属コーティングと比較して、クロム被毒および高温酸化からの保護に関して劣った特性を有するであろう。
【００１３】
金属コーティングは、インターコネクタ材料への高い接着強度を得ることができるという利点を有する。金属コーティングの別の利点は、金属コーティングプロセスが非常にスケールアップしやすいという点である。さらに、金属コーティングプロセスは既に、超大規模に実行されており（電気めっき）、それらは、例えば自動車産業によって連続的に発展させられている。したがって、インターコネクタ用の金属コーティングの電着は、生産コストの観点からも有利であるはるかに発展させられたプロセス経路を使用する。
【００１４】
クロム被毒に加えて、ＳＯＣスタックの劣化またはさらにはハード故障に至る別の一般的な問題は、セルとスタック内のインターコネクタ部との間の電気的接触の（部分的な）損失に関連する。この（部分的な）電気的接触の喪失は、例えばＳＯＣスタックが負荷サイクルまたは熱サイクルにさらされるときの動的動作中に最も起こりやすい。動作におけるこれらの変化は、必然的にＳＯＣスタックを通じ熱勾配を生じさせ、それはインターコネクタ部とセルとの間の機械的接触に悪影響を及ぼす可能性がある。構成要素の熱膨張または収縮から生じる熱誘起応力がインターコネクタ部とセルとの間の結合強度を超えると、セルとインターコネクタ部の接触点に間隙が形成され、電子輸送が効果的に阻止される可能性がある。最も厳しい場合には、セルとインターコネクタ部との間の接触がセル活性領域のかなりの部分にわたって失われ、それによってスタックを介したオーミック抵抗の急激な増加をもたらし、それによって劣化を引き起こす。それ故、ＳＯＣインターコネクタ用の新規な被覆を見出すことが望ましく、前記被覆は固体酸化物セルの酸素側に対して十分な機械的強度の接触点を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際出願ＷＯ２０１２／０６２３４１
【特許文献２】ＥＰ２１９４５９７Ａ１
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｊ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．、１５４（４）、２００７年、Ａ２９５〜Ａ３０６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、固体酸化物セルの酸素側に対して十分な機械的強度の接触点を確保することができる、ＳＯＣインターコネクタ用の新規なコーティングを見出すことが所望される。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、固体酸化物セルスタックにおけるインターコネクタと酸素電極材料との間の改良された接触点を開示する。一般に、インターコネクタコーティングの主な役割は、インターコネクタからのクロム種の揮発を遅くし（したがって、クロム被毒の危険性を減らす）、インターコネクタ表面にわたって改善された面内導電性を提供することである。驚くべきことに、ある種の元素を含むいくつかのコーティング、特にＣｕを含むコーティングは、機械的強度を改善し、被覆金属インターコネクタと酸素側接触層（接触層がセルの酸素側に使用される場合）または酸素電極（上述のように酸素電極が活性電極および接触層の両方として作用するセル設計において）との間の接触の電気抵抗を下げるというさらなる利点を有する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
さらに、これらの元素は、いくつかの酸素電極材料および酸素側接触層材料に対する焼結助剤として作用し、その結果、高温におけるコバルトベースのインターコネクタコーティングと酸素電極材料との間の接触が改善されることが見いだされた。ここで、「焼結助剤」という用語は、材料の焼結温度の低下をもたらす機能的添加剤またはドーパントを指す。焼結助剤の添加は、いくつかの方法で材料の焼結温度を下げることができ、例えば、液相を形成し、それにより液相焼結による緻密化を促進すること、および不純物の捕捉剤として作用することによるなどである。焼結助剤がバルク相の融点を下げる、焼結助剤自体が焼結温度で融解する、または焼結助剤が焼結温度で融解する二次相を形成するため、液相を形成することができる。
【００２０】
高温処理中に、コーティング中のＣｕの一部が隣接する酸素側接触層または酸素電極に拡散する。このようにして形成された接触点の機械的強度（引き剥がし強度または接着強度または結合強度とも呼ばれる）および導電率は、銅が含まないゆえの低い焼結活性のために銅を含まないコーティングと比較して優れている。接触点の引き剥がし強度は、例えば標準化された台車引き取り試験（例えばＡＳＴＭ  Ｄ  ４５４１またはＩＳＯ４６２４）または修正三点曲げ試験（例えばＢｏｃｃａｃｃｉｎｉら、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、１６２（２０１６）、２５０）によって評価することができる。
【００２１】
したがって、本発明は、焼結によって改善された接触特性を得、それによってインターコネクタと酸素電極材料との間に強い結合を提供する、コーティングによって固体酸化物セルの酸素電極材料に接着されたコーティングされたインターコネクタに関する。より具体的には、本発明は、固体酸化物セルと固体酸化物スタックのインターコネクタとの間の接触点に関し、前記接触点は以下を含む；
−焼結助剤として作用する元素を含むコーティングでコーティングされた、酸化クロム層で被覆されたフェライト系ステンレス鋼インターコネクタ基板、
−固体酸化物セルの酸素電極または酸素側接触層、
を含み、
ここで、前記元素が酸素電極または酸素側接触層材料に対する焼結助剤として機能する、前記接触点。
【００２２】
さらに、本発明は、インターコネクタ上のコーティングと固体酸化物セル（ＳＯＣ）の酸素電極または酸素側接触層との間に、高い機械的強度を有する接触点を形成するための方法であって、
−フェライト系ステンレス鋼インターコネクタ基板を提供する、
−焼結助剤として作用する元素を含むコーティングによりインターコネクタ基板の酸素側をコーティングする、
−固体酸化物セルを提供する、
−コーティングされたインターコネクタ基板と固体酸化物セルを空気中で熱処理することによって焼結する、
ステップを含み、
ここで、前記元素が酸素電極または酸素側接触層材料に対する焼結助剤として機能する。
【００２３】
焼結助剤として作用する元素は、好ましくはＣｕである。
【００２４】
前記金属インターコネクタ上の前記コーティングが、好ましくは、ＣｕおよびＦｅの酸化物、ＣｕおよびＮｉの酸化物、ＣｕおよびＣｕの酸化物、またはＣｕ、ＣｏおよびＮｉの酸化物、または、Ｃｕ、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅの酸化物を含む。
【００２５】
好ましくは、酸素電極または酸素側接触層材料は、ペロブスカイト、ダブルペロブスカイト、またはラドレスデン−ポッパー相材料を含む。
【００２６】
ＵＳ２００３／００５９３３５Ａ１は、酸化クロムを含む高温材料を提供し、前記高温材料が、７００℃〜９５０℃の温度で、その表面においてＭｎＣｒ２Ｏ４スピネル相を形成できるという特性を有する、ａ）１２〜２８質量％（ｗｔ％）のクロム、ｂ）０．０１〜０．４質量％のＬａ、ｃ）０．２〜１．０質量％のＭｎ、ｄ）０．０５〜０．４質量％のＴｉ、ｅ）０．２質量％未満のＳｉ、ｆ）０．２質量％未満のＡｌを含有する鉄基合金を形成する。著者によると、その発明の目的は、高温燃料電池またはスパークプラグのためのバイポーラ板を提供することである。この発明の不利な点は、このようにして製造されたインターコネクタ（バイポーラプレート）がセルにあまり接着せず、そしてインターコネクタとセルとの間の接触点が高い接触抵抗を有することである。
【００２７】
鉄およびクロムを含む基板、ならびにインターコネクタ基板の空気側上に形成されたマンガンコバルト酸化物スピネルコーティングを含む固体酸化物燃料電池用のコーティングされたインターコネクタと、その作製および処理の方法とを開示している。
その発明の欠点は、粉末冶金およびプラズマ溶射によるインターコネクタの製造が非常に高価でありそして時間がかかることである。さらに、上記の発明で使用されるインターコネクタは、フェライト系ステンレス鋼ではなく、９００℃以上で動作する固体酸化物セル用に設計されたＣＦＹ（Ｃｒ−Ｆｅ−Ｙ）合金である。
【００２８】
Ｃｒ２Ｏ３形成基板上に保護コーティングを生成する方法は、ＵＳ２００６／０１９３９７１Ａ１に記載されている。その方法は、ＣｏＯ、ＭｎＯ、およびＣｕＯの混合物を、既にＣｒ２Ｏ３の層を有する基板の表面上へと適用するステップと、その基板を５００〜１０００℃で処理し、それによって、適用された酸化物を、基板上で気密性のクロムフリー・スピネルコーティングに変換するステップからなる。しかしながら、上記のように、そのようなセラミックコーティングは、金属インターコネクタ材料に対する付着されたままの接着強度に関して、金属コーティングと比較して不利である。これは、得られたコーティングに熱処理される前に、記載されたコーティングが低い接着強度（ファンデルワールス結合）を示すことを意味する。したがって、これらの種類のコーティングの破砕が生じ、熱的に誘発された応力に関して低い機械的完全性（弱い界面）を有する接触点が生じる危険性が高い。
【００２９】
ＵＳ９１１５０３２Ｂ２は、クロマイトセラミックを焼結助剤と混合し、その混合物を焼結することによって、ランタニドクロマイトセラミックまたはランタニドクロマイトセラミックを含有する混合物を緻密化する方法を開示している。前記焼結助剤は、１種以上のスピネル酸化物、例えば、ＺｎＭｎ２Ｏ４、ＭｇＭｎ２Ｏ４、ＭｎＭｎ２Ｏ４およびＣｏＭｎ２Ｏ４である。著者によれば、そのようなランタニドセラミックの用途は固体酸化物燃料セルを含む。
【００３０】
ＷＯ２０１６／１２８７２１Ａ１、ＥＰ２２６７８２６Ａ１、ＵＳ２００５／０９４２３４９ＡおよびＥＰ２３２８２１８Ａ１は、Ｃｕを含む酸化物を含有する様々なコーティングを開示している。記載された発明の各々の目的は、強化された腐食防止および導電性の改善を可能にし、それによってインターコネクタのオーム抵抗を下げることを可能にするコーティングを堆積させることである。しかしながら、Ｃｕを含むコーティングは、そのようなコーティングが、固体酸化物セルの酸素電極または酸素接触層に対する接着強度が低い接触点をもたらす場合、不利であると考えることができる。動的動作中（負荷サイクル、熱サイクル、動作点の変化）または長期間の動作中の一定動作点でのインターコネクタクリープのために、セル／インターコネクタ接触点にギャップが形成され、スタック内の電子輸送を効果的に阻止することがある。これは、スタック全体のオーミック抵抗の急激な増加を招き、したがって劣化を引き起こし、スタックの堅牢性に悪影響を及ぼす。
【００３１】
金属ニッケルとインターコネクタとの間の相互拡散を回避する方法は、ＵＳ２００９／０２５３０２０Ａ１に記載されている。これは、燃料セルのニッケル含有部分とインターコネクタとの間に銅含有層を適用することによって行われることが提案されている。さらに、銅含有層を適用する前に、インターコネクタを熱処理してインターコネクタ上に酸化クロムを形成させることが提案されている。ＵＳ２００９／０２５３０２０Ａ１に記載されている発明は、燃料スタックのアノード側で、フェライト鋼インターコネクタ内にオーステナイト相を形成させる、Ｎｉに関する既知の拡散問題に関する。したがって、これは、酸素電極または酸素接触層とインターコネクタとの間の改善された接触点を得ることに焦点を当てている本発明には関係しない。
【００３２】
以下の実施例において本発明をさらに説明する。実施例では、図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
図１ａ、図１ｂおよび図１ｃは、各々の従来技術による、接触点、接触点の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像、および接触点にわたる電圧降下をそれぞれ示す。
図２ａ、図２ｂおよび図２ｃは、本発明による、接触点、接触点の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像、および接触点にわたる電圧降下をそれぞれ示す。
図３ａは、イオン交換被覆による構造体の上への第３の金属層の堆積を示し、これは図３ｂおよび図３ｃでさらに説明され、すべて本発明によるものである。
図４ｂも本発明によるものである、点分析（４ｂ）を伴うＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）線走査（４ａ）を示す図である。
【実施例】
【００３４】
実施例１（比較例）
図１ａは、従来技術と見なすことができるものであり、コーティングされた金属インターコネクタと固体酸化物セルとによって形成された接触点１００の概略図を示す。クロミア形成フェライト系ステンレス鋼インターコネクタ１０１は、クロミア層１０２と、Ｃｏ、ＭｎおよびＦｅに富むがＣｒに乏しい酸化物コーティング１０３とによって被覆される。コーティングされたインターコネクタは、固体酸化物セルの酸素側接触層１０４と接触している。図１ｂはそのような接触点の走査型電子顕微鏡像を示す。顕微鏡写真から明らかなように、コーティング１０３と酸素側接触層１０４との間の界面を考慮すると、このような接触点の接着強度は比較的低い。このような接触点の電気的特性は、直径１０ｍｍの多孔質ＬＳＣＦディスク、一辺２０ｍｍの厚さ０．３ｍｍの被覆されたステンレス鋼インターコネクタのｍ正方形ピース、および直径１０ｍｍの別の多孔質ＬＳＣＦディスクにより、空気中の高温まで評価した。ロードセルを介して３ＭＰａの圧縮荷重をかけながら、１Ａの直流を、構造体を通して加えた。バルクインターコネクタ鋼とバルクＬＳＣＦの抵抗は接触点抵抗よりはるかに低いので、構造を通る電圧降下は主に接触点の抵抗によって支配される。図１ｃによれば、このような接触点を通じる電圧降下は９００℃で約５ｍＶ、８００℃で１４．５ｍＶ、そして７５０℃で２８ｍＶである。測定後、ＬＳＣＦディスクをインターコネクタから取り外すことは比較的容易であり、接触点の比較的低い接着強度を示している。
【００３５】
例２
図２ａは、本発明によるコーティングされた金属インターコネクタおよび固体酸化物セルによって形成された接触点２００の概略図を示す。クロミア形成フェライト系ステンレス鋼インターコネクタ１０１は、クロミア層１０２と、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、およびＦｅに富むがＣｒに乏しい酸化物コーティング２０３とによって覆われる。コーティングされたインターコネクタは、固体酸化物セルの酸素側接触層１０４と接触している。図２ｂはそのような接触点の走査型電子顕微鏡像を示す。顕微鏡写真から明らかなように、このような接触点の接着強度は実施例１のものよりも著しく高いと予想される。注目すべきは、酸化物コーティング２０３が酸素側接触層１０４内に部分的に拡散しており、酸素側接触層１０４のいくつかの粒子が部分的にまたは完全にコーティングによってカプセル化されていることである。
【００３６】
そのような接触点の電気的特性は、実施例１に記載したのと同じ設定および同じ条件下で評価した。図２ｃによれば、そのような接触点を通じる電圧降下は９００℃で約４ｍＶ、８００℃で約１０．５ｍＶであり、および７５０℃で約２０ｍＶである。測定後、ＬＳＣＦディスクをインターコネクタから除去することは比較的はるかに困難であり、実施例１と比較して接触点の比較的高い接着強度を示している。
【００３７】
例３
フェライト系ステンレス鋼インターコネクタ基板１０１の表面上の金属コーティングは、最初にインターコネクタ基板の酸素側をＣｏまたはＮｉのストライク層３０１でコーティングし、続いてＣｏからなる追加の層３０２をストライク層３０１上に、電着することによって形成される。インターコネクタ基板１０１とコーティング層３０１および３０２とを含む構造の上に、イオン交換被覆によってＣｕの第３の金属層３０３を堆積させる（図３ａ）。Ｃｕ層３０３の厚さは、約１００〜２００ｎｍである。接触点２００を形成するために、このようにして形成された被覆インターコネクタ３０４を８００℃を超える温度で固体酸化物セルの酸素側接触点層１０４と接触させる。このステップは、図３ｂおよび図３ｃにおいてＡとして説明されている。この温度で、金属コーティング３０１、３０２、および３０３は酸化され、Ｃｏストライク層の場合にはＣｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、およびＦｅに富む酸化物コーティング２０３を形成し（図３ｂ）、Ｎｉストライク層の場合、少量のＮｉを有するＣｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅに富む酸化物コーティング２０４を形成する（図３ｃ）。また同時に、酸化物コーティング２０３または２０４中のＣｕの一部が固体酸化物セルの酸素側接触層１０４中に拡散すし、焼結助剤として作用する。これにより、酸化物コーティングが２０３である場合に、接触点２００（図２ａ）が形成される。図４ａおよび４ｂにおいて、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）線走査は、酸化物コーティング２０３および酸素側接触層１０４の界面を横切って点分析が示されており、酸化物コーティング２０３からのＣｕの一部が酸素側接触層１０４内に拡散していることを示している。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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