Диффузионные никель-кобальтовые покрытия для защиты токовых коллекторов твердооксидных электролизных элементов из стали Crofer 22 APU

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучена эволюция микроструктуры и состава Ni-Co-покрытий для защиты токовых коллекторов из нержавеющей хромистой стали Crofer 22 APU от окисления в рабочем режиме анодной камеры твердооксидных электролизных элементов (ТОЭлЭ). Показано, что за счет взаимной диффузии компонентов стали и покрытия, а также окислительно-восстановительных реакций, протекающих под покрытием в рабочем режиме ТОЭлЭ, блокируется диффузия хрома к поверхности токового коллектора. В процессе работы в воздушной атмосфере анодной камеры состав защитного покрытия меняется с металлического Ni-Co на смесь высокопроводящих оксидов (Fe,Ni,Co)3O4 и (Ni,Co), что приводит к изменению вида временной зависимости удельного поверхностного сопротивления перехода токовый коллектор-анод. В то же время полученные значения ~17 мОм см2 в течение испытаний 7000 ч являются достаточно низкими и данные покрытия могут быть использованы для защиты токовых коллекторов из нержавеющих хромистых сталей ТОЭлЭ от окисления.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. В. Пикалов

ФГБУН Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН

Email: ladyn@issp.ac.ru
Россия, ул. Академика Осипьяна, 2, Черноголовка, Московская обл., 142432

Н. В. Деменева

ФГБУН Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ladyn@issp.ac.ru
Россия, ул. Академика Осипьяна, 2, Черноголовка, Московская обл., 142432

И. И. Зверькова

ФГБУН Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН

Email: ladyn@issp.ac.ru
Россия, ул. Академика Осипьяна, 2, Черноголовка, Московская обл., 142432

С. И. Бредихин

ФГБУН Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН

Email: ladyn@issp.ac.ru
Россия, ул. Академика Осипьяна, 2, Черноголовка, Московская обл., 142432

Список литературы

  1. Григорьев, С.А., Порембский, В.И., Фатеев, В.Н., Самсонов, Р.О., Козлов, С.И. Получение водорода электролизом воды: современное состояние, проблемы и перспективы. Транспорт на альтернативном топливе. 2008. № 3. C. 62.
  2. Ni, Meng, Leung, Michael K.H., and Leung, Dennis Y.C., Technological development of hydrogen production by solid oxide electrolyzer cell (SOEC), Intern. J. Hydrogen Energy, 2008, vol. 33(9), Issue 9, p. 2337.
  3. Zhu, W.Z. and Deevi, S.C., A review on the status of anode materials for solid oxide fuel cells, Mater. Sci. Eng. A., 2003, A362, p. 228.
  4. Fergus, J.W., Metallic interconnects for solid oxide fuel cells, Mater. Sci. and Engineering: A, 2005, vol. 397 (1-2), p. 271.
  5. Yang, Z., Xia, G., Maupin, G.D., and Stevenson, J.W., Low thermal conductivity thermal barrier coating deposited by the solution plasma spray process, Surf. Coat. Technol., 2006, vol. 201, p. 4476.
  6. Ледуховская, Н.В., Струков, Г.В., Бредихин, С.И. Электропроводное защитное металлическое покрытие токового коллектора и способ его нанесения. Пат. 2465694 Российская Федерация, опубл. 27.10.2012, Бюл. № 30.
  7. Деменева, Н.В., Матвеев, Д.В., Хартон, В.В., Бредихин, С.И. Особенности высокотемпературного окисления токовых коллекторов твердооксидных топливных элементов, обусловленные диффузионными процессами в приповерхностных областях. Электрохимия. 2016. Т. 52. С. 759.
  8. Demeneva, N.V., Kononenko, O.V., Matveev, D.V., Kharton, V.V., and Bredikhin, S.I., Composition-gradient protective coatings for solid oxide fuel cell interconnectors, Mater. Letters, 2019, vol. 240, p. 201.
  9. Sachitanand, R., Sattari, M., Svensson, J., and Froitzheim, J., Evaluation of the oxidation and Cr evaporation properties of selected FeCr alloys used as SOFC interconnects, Intern. J. Hydrogen Energy, 2013, vol. 38(35), p. 15328.
  10. Рябухин, А.Г. Система эффективных ионных радиусов. Изв. Челябинского научн. центра. 2000. № 4. С. 33. [Ryabuchin, A.G., Effective ionic radii, Izvestiya Chelyabinskogo nauchnogo centra (in Russian), 2000, no. 4, p. 33.]
  11. Эткинс, П. Физическая химия. Т.1. Москва: Мир, 1980.
  12. Jalilvand, G. and Faghihi-Sani, A., Fe doped Ni–Co spinel protective coating on ferritic stainless steel for SOFC interconnect application, Intern. J. Hydrogen Energy, 2013, vol. 38, Issue 27, p. 12007.
  13. Rao, Y., Wang, Z., Chen, L., Wu, R., Peng, R., and Lu, Y., Structural, electrical, and electrochemical properties of cobalt-doped NiFe2O4 as a potential cathode material for solid oxide fuel cells, Intern. J. Hydrogen Energy, 2013, vol. 38, Issue 33, p. 14329.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Электронно-микроскопическое изображение поверхности никель-кобальтового покрытия на стали Crofer 22 APU: (а) сразу после осаждения, (б) после вакуумного отжига, (в) после окисления на воздухе при 850°С в течение 50 ч с поэлементным анализом.

Скачать (588KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение удельного привеса образцов из стали Crofer 22 APU с Ni/Co покрытиями и без покрытий в процессе окисления на воздухе при 850°С.

Скачать (108KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Электронно-микроскопическое изображение с элементным анализом вдоль линии поперечного сечения Crofer 22 APU/Ni-Co-покрытие сразу после нанесения (а) и после вакуумного отжига при 900°С в течение 1 ч (б).

Скачать (402KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Электронно-микроскопическое изображение с элементным анализом вдоль линии поперечного сечения Crofer 22 APU/Ni-Co после окисления на воздухе при 850°С в течение 50 и 400 ч.

Скачать (543KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Дифрактограммы, снятые с поверхности образцов из стали Crofer 22 APU с Ni-Co-покрытием после окисления на воздухе при 850°С в течение: (а) 50 ч, (б) 400 ч.

Скачать (121KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости величины удельного поверхностного сопротивления перехода Crofer 22 APU с Ni-Co-покрытием/LSM-катод от времени нахождения под токовой нагрузкой 0.5 А/см2 при температуре 850°С. 1 – Crofer 22 APU; 2 – Crofer 22 APU/Ni-Co (+) полярность; 3 – Crofer 22 APU/Ni-Co (–) полярность.

Скачать (72KB)
Метаданные

Примечание

Публикуется по материалам IX Всероссийской конференции с международным участием “Топливные элементы и энергоустановки на их основе”, Черноголовка, 2022.


© Российская академия наук, 2024