RU2465694C1 - Electroconductive protective metal coating of current collector and method of its application - Google Patents

Electroconductive protective metal coating of current collector and method of its application Download PDF

Info

Publication number
RU2465694C1
RU2465694C1 RU2011123307/07A RU2011123307A RU2465694C1 RU 2465694 C1 RU2465694 C1 RU 2465694C1 RU 2011123307/07 A RU2011123307/07 A RU 2011123307/07A RU 2011123307 A RU2011123307 A RU 2011123307A RU 2465694 C1 RU2465694 C1 RU 2465694C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
current collector
current
sofc
cathode
Prior art date
Application number
RU2011123307/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Владимировна Ледуховская (RU)
Наталья Владимировна Ледуховская
Геннадий Васильевич Струков (RU)
Геннадий Васильевич Струков
Сергей Иванович Бредихин (RU)
Сергей Иванович Бредихин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН)
Priority to RU2011123307/07A priority Critical patent/RU2465694C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2465694C1 publication Critical patent/RU2465694C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electroconductive protective coating represents one layer from Ni with thickness of 5-20 mcm. The method to apply a coating onto a current collector from chromium steel includes application of a nanocrystal coating by electric deposition of one Ni layer from a solution of electrolyte with subsequent heat treatment in vacuum at 900-1000°C for 1 hour.
EFFECT: higher resource of operation of a current collector from chromium steel.
2 cl, 2 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к области нанесения электропроводного покрытия, защищающего электрические контакты из хромистой стали от коррозии в воздушной атмосфере при повышенных температурах, и, в частности, к области нанесения электропроводного защитного покрытия на интерконнекторы катодной камеры твердооксидных топливных элементов - ТОТЭ.The invention relates to the field of applying an electrically conductive coating that protects electrical contacts of chrome steel from corrosion in the air at elevated temperatures, and, in particular, to the field of applying an electrically conductive protective coating to the interconnectors of the cathode chamber of solid oxide fuel cells - SOFC.

Твердооксидные топливные элементы являются высокоэффективными генераторами электрической энергии, в которых высокий КПД достигается благодаря преобразованию энергии углеводородного топлива в электроэнергию посредством электрохимического процесса. Преимуществами ТОТЭ перед традиционными генераторами электроэнергии, сжигающими углеводородное топливо, а именно тепловыми станциями и газотурбинными установками являются высокие значения мощности на единицу объема, высокие значения КПД и экологичность. Промышленное производство ТОТЭ сдерживается недостаточным для экономически оправданного применения ресурсом работы. ТОТЭ состоит из газоплотного электролита с ионной проводимостью, который контактирует с катодом и анодом, а также токовых коллекторов - интерконнекторов, с которых происходит токосъем. Значительная часть потери ресурса ТОТЭ (около 30%) обусловлена деградацией токового коллектора. Токовые коллекторы ТОТЭ изготавливают из двухкомпонентной хромистой стали с содержанием хрома около 23%. Этот материал наилучшим образом удовлетворяет жестким требованиям термостойкости, механической прочности, доступности и цены. Снижение КПД и потеря работоспособности интерконнектора связаны с образованием на его поверхности непроводящих оксидов хрома, что приводит к повышению переходного электросопротивления токовый коллектор-катод и последующей деградации устройства.Solid oxide fuel cells are highly efficient electric energy generators in which high efficiency is achieved by converting hydrocarbon fuel energy into electricity through an electrochemical process. The advantages of SOFC over traditional electric power generators burning hydrocarbon fuels, namely thermal power plants and gas turbine units, are high power per unit volume, high efficiency and environmental friendliness. The industrial production of SOFC is constrained by an insufficient resource for economically viable application. SOFC consists of a gas-tight electrolyte with ionic conductivity, which is in contact with the cathode and anode, as well as current collectors - interconnectors from which current collection takes place. A significant part of the SOFC resource loss (about 30%) is due to degradation of the current collector. SOFC current collectors are made of two-component chrome steel with a chromium content of about 23%. This material best meets the stringent requirements of heat resistance, mechanical strength, affordability and price. Decreased efficiency and loss of interconnector performance are associated with the formation of non-conductive chromium oxides on its surface, which leads to an increase in transient electrical resistance of the current collector-cathode and subsequent degradation of the device.

Уровень техники характеризуется в настоящее время изготовлением токовых коллекторов из хромистой стали с защитным покрытием.The prior art is currently characterized by the manufacture of current collectors made of chrome steel with a protective coating.

Известно защитное покрытие токового коллектора ТОТЭ из хромистой стали, работающего при температурах 650-950°С, из перовскитоподобной керамики LaCrO3, допированной добавками металлов 2, 3, 4, 5 и 8 групп [1]. Защитное покрытие толщиной до 200 мкм предлагается наносить химическим осаждением из паровой фазы (CVD), конденсацией из паровой фазы (PVD) или наносить суспензию на основе золь-гель системы для получения тонких покрытий (Sol Gel). В патенте отсутствуют примеры осуществления и не приводятся данные, характеризующие эффективность покрытия, т.е. ресурс работы токового коллектора без покрытия и с покрытием. Недостатком данного аналога является миграция хрома из защитного покрытия в катодную керамику, приводящая к загрязнению катода хромом и нарушению работы ТОТЭ. Другим недостатком является хрупкость покрытия и ограниченная термомеханическая стабильность из-за роста сплошной пленки оксида хрома в результате диффузии кислорода в сталь. Предлагаемые в патенте методы нанесения покрытия сложные и дорогостоящие.A protective coating of the SOFC current collector is made of chromium steel, operating at temperatures of 650-950 ° C, from perovskite-like LaCrO 3 ceramics doped with additives of metals of groups 2, 3, 4, 5, and 8 [1]. A protective coating with a thickness of up to 200 μm is proposed to be applied by chemical vapor deposition (CVD), vapor condensation (PVD) or a suspension based on the sol-gel system to obtain thin coatings (Sol Gel). The patent does not contain examples of implementation and does not provide data characterizing the effectiveness of the coating, i.e. service life of the current collector uncoated and coated. The disadvantage of this analogue is the migration of chromium from the protective coating into the cathode ceramic, leading to contamination of the cathode with chromium and disruption of the SOFC. Another disadvantage is the fragility of the coating and limited thermomechanical stability due to the growth of a continuous film of chromium oxide as a result of diffusion of oxygen into steel. The coating methods proposed in the patent are complex and expensive.

Известно защитное оксидное покрытие [2] для интерконнекторов ТОТЭ из хромистой стали, работающих при 800°С. В патенте предлагается наносить покрытие толщиной до 500 мкм многостадийным способом с использованием электрофореза, с последующей подпрессовкой, отжигом в восстановительной атмосфере и повторной подпрессовкой покрытия. В патенте не приведены данные по ресурсу работы токового коллектора с защитным покрытием.Known protective oxide coating [2] for SOFC interconnectors made of chromium steel, operating at 800 ° C. The patent proposes to apply a coating with a thickness of up to 500 μm in a multi-stage method using electrophoresis, followed by prepressing, annealing in a reducing atmosphere, and repressing the coating. The patent does not provide data on the life of the current collector with a protective coating.

Известен также электрический интерконнектор ТОТЭ из хромистой стали [3] с двухслойным металлическим покрытием, в котором слой на внешней стороне состоит из Ni или драгоценного металла, либо сплавов этих металлов, а слой на внутренней стороне из Ni, Та, Аg или сплавов на их основе. Существенными признаками данного технического решения являются следующие: а) двухслойное покрытие с внешним и внутренним барьерными слоями; б) использование во внешнем и внутреннем защитных слоях драгоценных - Ir, Pt, Rh, Ru, Au, Аg и редких - Nb, Та металлов; в) нанесение покрытия магнетронным распылением. Наиболее предпочтительные толщины внешнего покрытия 5-20 мкм и внутреннего 5-15 мкм. По совокупности отличительных признаков данное техническое решение является наиболее близким аналогом предлагаемого нами изобретения и принято нами за прототип.Also known is the SOFC electrical interconnector made of chrome steel [3] with a two-layer metal coating, in which the layer on the outside consists of Ni or a precious metal or alloys of these metals, and the layer on the inside is made of Ni, Ta, Ag or alloys based on them . The essential features of this technical solution are the following: a) a two-layer coating with external and internal barrier layers; b) the use in the outer and inner protective layers of precious - Ir, Pt, Rh, Ru, Au, Ag and rare - Nb, Ta metals; c) magnetron sputter coating. The most preferred thicknesses of the outer coating are 5-20 microns and the inner 5-15 microns. In terms of the set of distinctive features, this technical solution is the closest analogue of our invention and is accepted by us as a prototype.

Техническое решение по патенту WO 9735349 имеет следующие недостатки. В примерах приводятся зависимости переходного сопротивления от времени испытания для токовых коллекторов с защитным покрытием лишь до 800 часов. Однако этих времен не достаточно для корректной характеризации токового коллектора, поскольку минимальные требования предусматривают ресурс работы интерконнектора 10000-12000 часов, в течение которого его переходное сопротивление не должно возрастать более чем на 10%. Другим недостатком является сложность реализации, которая обусловлена необходимостью нанесения двухслойного покрытия из разных металлов на поверхность интерконнектора и сложным методом нанесения покрытия, а именно методом магнетронного напыления, требующим дорогого оборудования, больших затрат энергии и технологического времени, а также трудная доступность и дороговизна материалов - драгоценных и редких металлов. Из литературных данных известно, что технологические затраты на нанесение металлического покрытия методами вакуумного напыления более чем в 10 раз превышают затраты на получение покрытия электроосаждением из раствора.The technical solution according to patent WO 9735349 has the following disadvantages. In the examples, the dependences of the transition resistance on the test time for current collectors with a protective coating are only up to 800 hours. However, these times are not enough for the correct characterization of the current collector, since the minimum requirements provide for a working life of the interconnector of 10,000-12,000 hours, during which its transient resistance should not increase by more than 10%. Another disadvantage is the difficulty of implementation, which is caused by the need to apply a two-layer coating of different metals on the surface of the interconnector and by a complex coating method, namely, magnetron sputtering, which requires expensive equipment, high energy and technological time, and the difficult accessibility and high cost of precious materials and rare metals. From literature data it is known that the technological costs of applying a metal coating by vacuum deposition methods are more than 10 times higher than the costs of obtaining a coating by electrodeposition from a solution.

Задачей настоящего изобретения является повышение ресурса работы токового коллектора до значений более 10000 часов в реальных условиях применения, т.е. при температуре 850-1000°С в воздушной атмосфере в контакте с катодной керамикой при токовой нагрузке 0,5 А/см2. При этом электросопротивление контакта токовый коллектор-катод должно не превышать 20 мОм*см2. Поставленная задача решается созданием электропроводного защитного покрытия толщиной 5-20 мкм из никеля на токовый коллектор из хромистой стали и способом нанесения электропроводного защитного покрытия, согласно которому наносят нанокристаллическое никелевое покрытие электроосаждением импульсным током из раствора электролита, после чего проводят термообработку интерконнектора с покрытием при 900-1000°С в течение 1 часа в вакууме.The objective of the present invention is to increase the resource of the current collector to values of more than 10,000 hours in real conditions of use, i.e. at a temperature of 850-1000 ° C in an air atmosphere in contact with cathode ceramics at a current load of 0.5 A / cm 2 . In this case, the contact resistance of the current collector-cathode should not exceed 20 mOhm * cm 2 . The problem is solved by creating a conductive protective coating with a thickness of 5-20 μm of nickel on a current collector made of chrome steel and a method for applying a conductive protective coating, according to which a nanocrystalline nickel coating is applied by electrodeposition by pulsed current from an electrolyte solution, after which the interconnector is coated with heat treatment at 900 1000 ° C for 1 hour in vacuum.

Предложенное изобретение имеет существенные отличия от способа-прототипа. В прототипе наносят двухслойное покрытие из разных металлов, а именно покрытие из никеля и драгоценных или редких металлов, причем покрытие наносят магнетронным распылением. В предлагаемом изобретении на поверхность интерконнектора наносят нанокристаллическое никелевое покрытие электроосаждением импульсным током из электролита никелирования, после чего интерконнектор с покрытием подвергают термообработке в вакууме при температуре 900-1000°С в течение 1 часа. Нанокристаллическое покрытие, полученное электроосаждением импульсным током, отличается высокой адгезией и плотностью по сравнению с покрытием из кристаллитов микронного размера, что позволяет резко снизить процент брака, связанного с отслоением покрытия при термообработке и сформировать структуру защитного покрытия. На фиг.1 приведен снимок поверхности нанокристаллического никелевого покрытия на токовом коллекторе, полученного электроосаждением импульсным током. Снимок сделан на электронном микроскопе SUPRA-50 VP.The proposed invention has significant differences from the prototype method. In the prototype, a two-layer coating of different metals is applied, namely, a coating of nickel and precious or rare metals, and the coating is applied by magnetron sputtering. In the present invention, a nanocrystalline nickel coating is applied to the surface of the interconnector by electrodeposition by pulsed current from a nickel plating electrolyte, after which the coated interconnector is subjected to heat treatment in vacuum at a temperature of 900-1000 ° C for 1 hour. The nanocrystalline coating obtained by electrodeposition by a pulsed current is characterized by high adhesion and density compared to a coating of micron crystallites, which can drastically reduce the percentage of defects associated with peeling of the coating during heat treatment and form a protective coating structure. Figure 1 shows a snapshot of the surface of a nanocrystalline nickel coating on a current collector obtained by electrodeposition by a pulsed current. The picture was taken with a SUPRA-50 VP electron microscope.

Указанные существенные отличия в структуре покрытия и способе его нанесения обеспечили формирование электропроводного защитного покрытия, обладающего особенной структурой, благодаря которой сдерживается миграция хрома к поверхности токового коллектора, на поверхности не образуется непроводящая пленка оксида хрома, предотвращая тем самым загрязнение катодной керамики и деградацию характеристик ТОТЭ. Это доказано детальными исследованиями структуры защитного покрытия на интерконнекторе из хромистой стали в процессе его испытания в рабочем режиме ТОТЭ. Токовые испытания интерконнекторов с никелевым покрытием толщиной 5-20 мкм, нанесенным по предлагаемому способу, показали, что переходное сопротивление контакта токовый коллектор-катод не увеличивается в течение более 10000 часов, т.е. токовый коллектор сохраняет работоспособность. Полученный нами результат не известен в научно-технической и патентной литературе и является новым. Таким образом, устраняется одна из главных причин деградации характеристик ТОТЭ. Это позволяет увеличить время работы токового коллектора в условиях катодной камеры и ресурс работы ТОТЭ.The indicated significant differences in the structure of the coating and the method of its application ensured the formation of an electrically conductive protective coating having a special structure, due to which the migration of chromium to the surface of the current collector is restrained, a non-conducting chromium oxide film is formed on the surface, thereby preventing contamination of the cathode ceramic and degradation of the characteristics of SOFC. This is proved by detailed studies of the structure of the protective coating on the chromium steel interconnector during its testing in the SOFC operating mode. Current tests of nickel-plated interconnectors with a thickness of 5-20 μm deposited by the proposed method showed that the contact resistance of the current collector-cathode does not increase for more than 10,000 hours, i.e. the current collector remains operational. Our result is not known in the scientific, technical and patent literature and is new. Thus, one of the main causes of degradation of SOFC characteristics is eliminated. This allows you to increase the operating time of the current collector in the conditions of the cathode chamber and the life of the SOFC.

Заявленное электропроводное защитное покрытие токового коллектора и способ его нанесения имеют следующие преимущества перед прототипом.The claimed conductive protective coating of the current collector and the method of its application have the following advantages over the prototype.

1. Токовый коллектор с заявляемым покрытием по ресурсу работы в реальных условиях превосходит известные аналоги.1. The current collector with the claimed coating in terms of service life in real conditions surpasses known analogues.

2. Упрощение технологии: вместо сложного процесса магнетронного напыления двух слоев из различных металлов толщиной 5-20 мкм каждый на поверхность токового коллектора предлагается электроосаждение из раствора никеля, при этом затраты на техпроцесс уменьшаются более чем в 10 раз.2. Simplification of technology: instead of the complex process of magnetron sputtering of two layers of different metals with a thickness of 5-20 μm each, electrodeposition from a solution of nickel is proposed on the surface of the current collector, while the cost of the process decreases by more than 10 times.

3. Удешевление продукции, обусловленное снижением затрат на технологию, в том числе снижением затрат технологического времени и электроэнергии, а также исключением затрат на драгоценные и редкие металлы. 3. Cheaper products due to lower costs for technology, including lower costs for technological time and electricity, as well as the exception of costs for precious and rare metals.

Пример 1.Example 1

Образцы токовых коллекторов, изготовленные из нержавеющей хромистой стали Crofer 22 APU с содержанием хрома до 23%, представляли собой диски толщиной 1 мм и диаметром 15 мм с приваренными контактными проводами из проволоки той же стали. Детали предварительно шлифовали, обезжиривали и подвергали электрохимическому травлению в растворе 100 г/л NiCl2·5H2O в 10%-ной соляной кислоте в течение 1 мин. После травления на промытую в воде деталь наносили никелевое покрытие из раствора сульфаматного электролита электроосаждением импульсным током плотностью 2,5-10 А/дм2 при температуре 50±5°С при отношении времени импульса тока к сумме времен импульса и паузы 75-80%. При длительности осаждения 2,5 мин получалось покрытие толщиной 5 мкм. Промытую в воде деталь подвергали термообработке в вакууме при 900°С в течение 1 часа. Испытания токового коллектора проводили в условиях работы катодной камеры ТОТЭ, а именно при 850°С на воздухе и токовой нагрузке 0,5 А/см2. Поведение контактного сопротивления перехода токовый коллектор-катод показано на графике линией 2 (Фиг.2).Samples of current collectors made of stainless steel Crofer 22 APU with a chromium content of up to 23% were disks 1 mm thick and 15 mm in diameter with welded contact wires made of the same steel wire. The parts were pre-ground, degreased and subjected to electrochemical etching in a solution of 100 g / L NiCl 2 · 5H 2 O in 10% hydrochloric acid for 1 min. After etching, a nickel coating was applied to a water-washed part from a sulfamate electrolyte solution by electrodeposition with a pulsed current density of 2.5-10 A / dm 2 at a temperature of 50 ± 5 ° C with a ratio of the current pulse to the sum of the pulse and pause times of 75-80%. With a deposition time of 2.5 minutes, a coating with a thickness of 5 μm was obtained. The part washed in water was subjected to heat treatment in vacuum at 900 ° C for 1 hour. The current collector was tested under the conditions of operation of the SOFC cathode chamber, namely, at 850 ° C in air and a current load of 0.5 A / cm 2 . The behavior of the contact resistance of the current collector-cathode junction is shown in the graph by line 2 (Figure 2).

Пример 2.Example 2

Образцы токовых коллекторов, изготовленные из нержавеющей хромистой стали Crofer 22 APU с содержанием хрома до 23% представляли собой диски толщиной 1 мм и диаметром 15 мм с приваренными контактными проводами из проволоки той же стали. Детали предварительно шлифовали, обезжиривали и подвергали электрохимическому травлению в растворе 100 г/л NiCl2·5N2O в 10%-ной соляной кислоте в течение 1 мин. После травления на промытую в воде деталь наносили никелевое покрытие из раствора сульфаматного электролита электроосаждением импульсным током плотностью 2,5-10 А/дм2 при температуре 50±5°С при отношении времени импульса тока к сумме времен импульса и паузы 75-80%. При длительности осаждения 4 мин получалось покрытие толщиной 16 мкм. Промытую в воде деталь подвергали термообработке в вакууме при 900°С в течение 1 часа. Испытания токового коллектора проводили в условиях работы катодной камеры ТОТЭ, а именно при 850°С на воздухе и токовой нагрузке 0,5 А/см2. Поведение контактного сопротивления перехода токовый коллектор-катод показано на графике линией 3 (Фиг.2).Samples of current collectors made of stainless steel Crofer 22 APU with a chromium content of up to 23% were disks 1 mm thick and 15 mm in diameter with welded contact wires from the wire of the same steel. The parts were pre-ground, degreased and subjected to electrochemical etching in a solution of 100 g / l NiCl 2 · 5N 2 O in 10% hydrochloric acid for 1 min. After etching, a nickel coating was applied to a water-washed part from a sulfamate electrolyte solution by electrodeposition with a pulsed current density of 2.5-10 A / dm 2 at a temperature of 50 ± 5 ° C with a ratio of the current pulse to the sum of the pulse and pause times of 75-80%. With a deposition time of 4 minutes, a coating with a thickness of 16 μm was obtained. The part washed in water was subjected to heat treatment in vacuum at 900 ° C for 1 hour. The current collector was tested under the conditions of operation of the SOFC cathode chamber, namely, at 850 ° C in air and a current load of 0.5 A / cm 2 . The behavior of the contact resistance of the current collector-cathode junction is shown in the graph by line 3 (Figure 2).

Пример 3.Example 3

Образцы токовых коллекторов, изготовленные из нержавеющей хромистой стали Crofer 22 APU с содержанием хрома до 23% представляли собой диски толщиной 1 мм и диаметром 15 мм с приваренными контактными проводами из проволоки той же стали. Детали предварительно шлифовали, обезжиривали и подвергали электрохимическому травлению в растворе 100 г/л NiCl2·5H2О в 10%-ной соляной кислоте в течение 1 мин. После травления на промытую в воде деталь наносили никелевое покрытие из раствора сульфаматного электролита электроосаждением импульсным током плотностью 2,5-10 А/дм2 при температуре 50±5°С при отношении времени импульса тока к сумме времен импульса и паузы 75-80%. При длительности осаждения 4,5 мин получалось покрытие толщиной 20 мкм. Промытую в воде деталь подвергали термообработке в вакууме при 1000°С в течение 1 часа. Испытания токового коллектора проводили в условиях работы катодной камеры ТОТЭ, а именно при 850°С на воздухе и токовой нагрузке 0,5 А/см2. Поведение контактного сопротивления перехода токовый коллектор-катод показано на графике линией 4 (Фиг.2).Samples of current collectors made of stainless steel Crofer 22 APU with a chromium content of up to 23% were disks 1 mm thick and 15 mm in diameter with welded contact wires from the wire of the same steel. The parts were preliminarily ground, degreased, and subjected to electrochemical etching in a solution of 100 g / L NiCl 2 · 5H 2 O in 10% hydrochloric acid for 1 min. After etching, a nickel coating was applied to a water-washed part from a sulfamate electrolyte solution by electrodeposition with a pulsed current density of 2.5-10 A / dm 2 at a temperature of 50 ± 5 ° C with a ratio of the current pulse to the sum of the pulse and pause times of 75-80%. With a deposition time of 4.5 minutes, a coating with a thickness of 20 μm was obtained. The part washed in water was subjected to heat treatment in vacuum at 1000 ° C for 1 hour. The current collector was tested under the conditions of operation of the SOFC cathode chamber, namely, at 850 ° C in air and a current load of 0.5 A / cm 2 . The behavior of the contact resistance of the current collector-cathode junction is shown in the graph by line 4 (Figure 2).

Видно, что электросопротивление токового коллектора из стали Crofer 22 APU без покрытия (линия 1) со временем повышается и превышает допустимые значения, тогда как токовый коллектор с заявляемым никелевым покрытием, нанесенным по предлагаемому способу, выдерживает работу в реальных условиях в течение более 10000 часов без повышения контактного сопротивления.It can be seen that the electrical resistance of the current collector made of Crofer 22 APU steel without coating (line 1) increases with time and exceeds the permissible values, while the current collector with the inventive nickel coating deposited by the proposed method withstands operation in real conditions for more than 10,000 hours without increase contact resistance.

Главными требованиями к токовым коллекторам и к ТОТЭ в целом, которые обуславливают промышленную применимость, являются ресурс работы, технологичность изготовления и цена. По этим параметрам предлагаемое изобретение имеет преимущества перед аналогами и может быть использовано для изготовления промышленных образцов ТОТЭ.The main requirements for current collectors and for SOFC as a whole, which determine industrial applicability, are the service life, manufacturability and price. According to these parameters, the present invention has advantages over analogues and can be used for the manufacture of industrial samples of SOFC.

На Фиг.1. Поверхность нанокристаллического никелевого покрытия на поверхности токового коллектора, полученного электроосаждением импульсным током.In figure 1. The surface of a nanocrystalline nickel coating on the surface of a current collector obtained by electrodeposition by a pulsed current.

На Фиг.2. Поведение электросопротивления перехода «токовый коллектор с электропроводным защитным покрытием - катод» при 850°С на воздухе и токовой нагрузке 0,5 А/см2 с течением времени.Figure 2. The behavior of the electrical resistance of the transition "current collector with a conductive protective coating - cathode" at 850 ° C in air and a current load of 0.5 A / cm 2 over time.

Источники информацииInformation sources

1. Патент WO 03052858 А1, Н01М 8/12, 4/64,опубликован в 2003 г.1. Patent WO 03052858 A1, H01M 8/12, 4/64, published in 2003.

2. Патент WO 2009017841 А2, В32В 15/04, В32В 5/00, опубликован в 2009 г.2. Patent WO 2009017841 A2, B32B 15/04, B32B 5/00, published in 2009.

3. Патент WO 9735349A1, Н01М 8/02, 8/12, опубликован в 1997 г.3. Patent WO 9735349A1, H01M 8/02, 8/12, published in 1997.

Claims (2)

1. Электропроводное защитное металлическое покрытие токового коллектора из хромистой стали, отличающееся тем, что покрытие представляет собой один слой толщиной 5-20 мкм, состоящий из Ni в нанокристаллическом виде.1. An electrically conductive protective metal coating of the current collector made of chrome steel, characterized in that the coating is a single layer 5-20 μm thick, consisting of Ni in nanocrystalline form. 2. Способ нанесения электропроводного металлического защитного покрытия токового коллектора, включающий в себя нанесение нанокристаллического покрытия электроосаждением одного слоя Ni из раствора электролита импульсным током с последующей термообработкой детали с покрытием в вакууме при 900-1000°С. 2. A method of applying a conductive metal protective coating of a current collector, including applying a nanocrystalline coating by electrodeposition of one Ni layer from an electrolyte solution by pulsed current, followed by heat treatment of the coated part in vacuum at 900-1000 ° C.
RU2011123307/07A 2011-06-09 2011-06-09 Electroconductive protective metal coating of current collector and method of its application RU2465694C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011123307/07A RU2465694C1 (en) 2011-06-09 2011-06-09 Electroconductive protective metal coating of current collector and method of its application

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011123307/07A RU2465694C1 (en) 2011-06-09 2011-06-09 Electroconductive protective metal coating of current collector and method of its application

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2465694C1 true RU2465694C1 (en) 2012-10-27

Family

ID=47147631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011123307/07A RU2465694C1 (en) 2011-06-09 2011-06-09 Electroconductive protective metal coating of current collector and method of its application

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2465694C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2643032C1 (en) * 2016-10-12 2018-01-30 Общество с ограниченной ответственностью "Завод электрохимических преобразователей" Electrochemical method of applying conductive oxide protective coating of interconnector
RU2710624C2 (en) * 2015-02-10 2019-12-30 Серес Интеллектуал Проперти Компани Лимитед Interconnector for low-temperature solid oxide fuel cell
RU2748967C1 (en) * 2020-09-14 2021-06-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Protective coating of bipolar plates of fuel cells with solid polymer electrolyte
RU2783260C1 (en) * 2019-08-30 2022-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Electrochemical method for application of two-layer electroconductive protective coating of interconnector

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2348741C2 (en) * 2007-01-26 2009-03-10 ООО "Нанотехнология" Nanostructured protective coating for stainless steel

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2348741C2 (en) * 2007-01-26 2009-03-10 ООО "Нанотехнология" Nanostructured protective coating for stainless steel

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710624C2 (en) * 2015-02-10 2019-12-30 Серес Интеллектуал Проперти Компани Лимитед Interconnector for low-temperature solid oxide fuel cell
RU2643032C1 (en) * 2016-10-12 2018-01-30 Общество с ограниченной ответственностью "Завод электрохимических преобразователей" Electrochemical method of applying conductive oxide protective coating of interconnector
RU2783260C1 (en) * 2019-08-30 2022-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Electrochemical method for application of two-layer electroconductive protective coating of interconnector
RU2748967C1 (en) * 2020-09-14 2021-06-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Protective coating of bipolar plates of fuel cells with solid polymer electrolyte
RU2790490C1 (en) * 2022-08-09 2023-02-21 Анна Владимировна Храменкова Method for obtaining a coating based on cobalt-manganese spinel on the surface of stainless steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3756524B2 (en) Electrical interconnector for planar fuel cell
Zhang et al. Honeycomb-like nanocomposite Ti-Ag-N films prepared by pulsed bias arc ion plating on titanium as bipolar plates for unitized regenerative fuel cells
CN111525151A (en) Anti-reversal composite coating for fuel cell bipolar plate
US7527888B2 (en) Current collector supported fuel cell
Hu et al. Influence of pre-reduction on microstructure homogeneity and electrical properties of APS Mn1. 5Co1. 5O4 coatings for SOFC interconnects
US20140000783A1 (en) Method for fabricating bi-polar plate of fuel cell
RU2465694C1 (en) Electroconductive protective metal coating of current collector and method of its application
JP5080749B2 (en) Current collecting member for fuel cell, cell stack, and fuel cell
JP2008077913A (en) Inter-connector for fuel cell and cell stack
JP5013750B2 (en) Cell stack and fuel cell
JP5615147B2 (en) Solid oxide fuel cell
CN114023986B (en) Composite coating for fuel cell titanium substrate bipolar plate and preparation method thereof
CN112820890B (en) Preparation method and structure of anticorrosive conductive coating and fuel cell polar plate
CN110088954B (en) Improved contact between interconnects and cells in a solid oxide cell stack
JP2015088446A (en) Intercell connecting member joining structure and intercell connecting member joining method
TW201131875A (en) Assembly for a fuel cell and method for the production thereof
US10090549B2 (en) Method of fabricating contact elements in an electrochemical device such as SOFC or EHT
US8349522B2 (en) Fuel cell
US20100122911A1 (en) Method for coating metallic interconnect of solid oxide fuel cell
JP4352447B2 (en) Solid oxide fuel cell separator with excellent conductivity
US20130171539A1 (en) Tubular solid oxide fuel cell module and method of manufacturing the same
JP6358921B2 (en) Method for producing solid oxide fuel cell and method for joining cells
RU2790543C1 (en) Battery of tubular solid oxide fuel cells and method for its manufacture
RU2779038C1 (en) Method for manufacture of battery of tubular solid oxide fuel cells, and battery manufactured by claimed method
KR101963992B1 (en) Stainless steel sheet for separator of polymer electrolyte fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170610

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20191211