Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4170
Pirón Abellán, Fco. Javier ; Quadakkers, Wilhelm Joseph
Development of Ferritic Steels for Application as Interconnect Materials for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs)
208 S., 2005
"Entwicklung Ferritischer Stähle zum Interkonnektorwerkstoffen für Hochtemperatur-
Brennstoffzelle (SOFC)"
Brennstoffzellen werden als die Energieproduktions-Systeme der Zukunft gehandelt.
Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC) sind im Vergleich zu Niedertemperaturbrennstoffzellen
wegen des hohen Wirkungsgrades von großem Interesse. Die Materialeigenschaften unter hohen
Temperaturen erfordern eine Materialentwicklung.
Die Interkonnektoren sind eine der kritischen Komponenten der Hochtemperaturbrennstoffzelle.
Diese werden in zwei unterschiedlichen Atmosphären (Luft, H2/H2O) oxidiert.
In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit betrachtet, kommerzielle Legierungen zu nutzen und die
Tauglichkeit verschiedener Modell-Legierungen zum Interkonnektor-Material der SOFC zu
prüfen.
Es bestätigte sich, dass zur Zeit keine kommerzielle Legierung die Eigenschaften besitzt, welche
ein Interkonnektor für SOFC benötigt. Aus diesem Grund wurden große Anstrengungen zur
Entwicklung eines neuen Interkonnektors unternommen. In dieser Arbeit sind zwei geeignete
Zusammensetzungen angegeben, die aus einer Kommerzial-Legierung (Crofer 22APU) und
einer Semi-Kommerzial-Legierung (JS3) stammen.
Die erreichten Resultate bestätigen, dass ein hoher Chromgehalt erforderlich ist, um die
vergleichsweise hohen Temperaturen von ca. 800°C zu bewältigen. Gleichzeitig sind geeignete
Zusatzelemente notwendig, um eine Verdampfung des leicht flüchtigen Chroms zu reduzieren
und die Oberfläche (Ti) sowie die Oxid-Haftung (La) zu verbessern.
"Development of Ferritic Steels for Application as Interconnect Materials for Intermediate
Temperature Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs)"
Fuel cells are considered as new energy production systems. High temperature fuel cells has
experimented a large interest due to its high efficiencies much higher than that encountered for
low temperature fuel cells. However, the materials requirements for high operation temperature
makes that some kinds of materials are under development. One ofthese critical components are
the interconnect materials. These are subjected at two different atmospheres, i.e. air and H2-H20
mixtures.
The present work examines the possibility of using commercial alloys and the suitability of
different model alloys developed exclusive as construction materials for SOFC interconnect. It
was confirmed that none of the available commercial steels seem to be suitable for such
application. Therefore, large efforts were put on the development of a new interconnect material.
From this work, two suitable alloy compositions are given, which derived into two commercial
(Crofer 22APU) and semi-commercial (JS3) batches that are currently under real SOFC tests.
The obtained results confirm that high Cr contents are needed to overcome the high operation
temperatures, ca. 800°C. At the same time, suitable additions of minor alloying elements are
needed reducing the formation of volatile chromium species (Mn), strengthening the nearsurface
zone of the alloy (Ti) and improving the scale adhesion (La). Additionally, other minor
alloying elements, such as Al and Si may affect strongly the oxidation behaviour for these
FeCrNIn(Ti/La) type alloys, thus they should be strongly controlled.
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