Evaluation of SmCo and SmCoN magnetron sputtering coatings for SOFC interconnect applications

Wu, Junwei; Li, Chengming; Johnson, Christopher D.; Liu, Xingbo

doi:10.1016/j.jpowsour.2007.09.105

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“…The results of pure Co coatings after annealing at 800 C indicated that a Fe-rich layer between outermost layer and innermost layer. This is similar to previous result with SmCo coatings [37] Besides the expected oxides described above, silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) were also found at the scale/substrate interface, as reported in other work [38]. Although both SiO 2 and Al 2 O 3 have high resistance, the discontinuous distribution means there is unlikely to be a significant effect on the electrical resistance of interconnect.…”

Section: Cross-section and Elemental Distribution Along Layer-substratesupporting

confidence: 92%

Studies on elements diffusion of Mn/Co coated ferritic stainless steel for solid oxide fuel cell interconnects application

Zhang

Liu

et al. 2013

International Journal of Hydrogen Energy

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Section: Cross-section and Elemental Distribution Along Layer-substratesupporting

confidence: 92%

Studies on elements diffusion of Mn/Co coated ferritic stainless steel for solid oxide fuel cell interconnects application

Zhang

Liu

et al. 2013

International Journal of Hydrogen Energy

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“…9,17,18 The key requirements for a protective coating include dense structure, high electronic conductivity, thermal, mechanical and chemical compatibility with the adjacent components and low diffusion coefficients of Cr and O. Among coating mate-rials, such as reactive element oxides, 11,[19][20][21][22][23][24] nitrides, [25][26][27] conductive perovskites [28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39] and conductive spinels, 10,35,[40][41][42][43][44][45][46][47][48][49] Mn 1.5 Co 1.5 O 4 spinel has been actively investigated by many researchers for its excellent electrical conductivity, thermal expansion match with ferritic alloys and chromium retention capability. 41,42,[50][51][52][53][54][55] For fabrication of dense and well-adherent protective spinel coating layers, various deposition techniques have been investigated, including s...…”

mentioning

confidence: 99%

Highly Dense Mn-Co Spinel Coating for Protection of Metallic Interconnect of Solid Oxide Fuel Cells

Lee

Hong

Kim

et al. 2014

J. Electrochem. Soc.

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The major degradation issues of solid oxide fuel cells (SOFC) are associated with the oxide scale growth and Cr evaporation of the metallic interconnect. To address these challenges, a highly dense spinel oxide coating was fabricated on a ferritic stainless steel interconnect using a cost-competitive ceramic processing route. The nano-scale Mn 1.5 Co 1.5 O 4 spinel powder was synthesized using a glycine-nitrate method, and the particle agglomerates were effectively disintegrated by a high-energy attrition milling process. The spinel protective coating, which was applied by screen printing, was sintered to a nearly full density, without causing damage to the metallic substrate, by a high-temperature annealing process in a reducing environment, followed by re-oxidation at a moderate temperature. The dense spinel coating remarkably reduced the growth rate of chromia scale and restrained the evaporation of chromium species, as verified by area specific resistance (ASR) measurements and analysis on chromium distribution over the cross-section. Strong adhesion between the coating and substrate was confirmed after 500-hour operation. The sintering mechanism involved in reduction-oxidation heat-treatment was studied based on dilatometry measurements and microstructural features. The implication of the ASR change and the chromium migration for stability of practical SOFC stacks was discussed in detail.

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“…Ambos resultados, sugieren que la PVD es un método eficaz en la fabricación de revestimientos de alta calidad para interconectores metálicos. Recientemente se han investigado otros revestimientos como los compuestos SmCoN y TiAlN (30 % y 50 % de Al) 43,44 . Ambos, demuestran ser estables a 700 ºC, lo cual es útil para inhibir la migración de Cr y Fe a partir del sustrato.…”

Section: Envenenamiento Por Cromounclassified

Avances en el desarrollo de interconectores metálicos de celdas SOFC

Alvarado-Flores¹

2013

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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INTRODUCCIÓNLas celdas de combustible son dispositivos de conversión de energía que producen electricidad de forma directa a partir de un combustible gaseoso por combinación electroquímica del combustible con un oxidante. La tecnología de las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC), se ha convertido en un método cada vez más atractivo para la generación de energía, debido a sus bajas emisiones, flexibilidad en el combustible y alta eficiencia en comparación con los sistemas tradicionales de conversión de energía. Las principales aplicaciones de las celdas SOFC son: sistema estacionario de generación de energía, servir como unidad de potencia auxiliar (APU) y aplicaciones militares. La alta temperatura de funcionamiento en este tipo de celda, comparada a otros tipos de celdas de combustible (PEM, AFC, PAFC), las hace ideales para aplicarse en ciclos combinados SOFC/turbina de gas (GT), y así obtener una eficiencia entre 70-80 % 1 . El mecanismo fundamental del funcionamiento en una celda SOFC, es la oxidación de hidrógeno y otros combustibles en el ánodo, y la reducción de oxígeno en el cátodo, para crear una diferencia de potencial entre los dos electrodos. En función del combustible empleado, los productos de reacción pueden ser agua y CO 2 . La energía química se libera tanto en energía eléctrica, como en forma de calor a causa de las polarizaciones y pérdidas óhmicas 2 . Una celda SOFC, está compuesta de un electrolito, un ánodo y un cátodo. El electrolito, es un sólido cerámico no poroso, generalmente de ZrO 2 estabilizada con Y 2 O 3 (YSZ). La celda SOFC, opera a una temperatura entre 600 y1000 ºC, donde el electrolito cerámico es un conductor de iones de oxígeno, O 2-, pero no un conductor de electrones. La alta temperatura de operación, presenta algunas ventajas como minimizar las pérdidas de polarización y tolerancia del catalizador al envenenamiento por las impurezas en el combustible 3,4 . Generalmente, el ánodo está fabricado del cermet níquel-circona estabilizada con itria (Ni-YSZ) y el cátodo es un conductor electrónico tipo perovskita de Sr dopado con el cermet LaMnO 3 (LSM), además de otros materiales con estructura perovskita. EL INTERCONECTOR EN UNA CELDA SOFCIndividualmente, una celda SOFC, puede producir un voltaje o potencial alrededor de 1 V en circuito abierto El interés en las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC), se deriva de su alta eficiencia y la capacidad de tener un bajo nivel de emisiones contaminantes, en comparación con los métodos tradicionales de producción de energía. Los interconectores, son parte crítica del ordenamiento de una celda SOFC, debido a que conecta en serie las celdas y además, separa el aire u oxígeno (cátodo) del combustible (ánodo). Por lo tanto, los requisitos del interconector son muy exigentes, por ejemplo, es necesario mantener conductividad eléctrica elevada, óptima estabilidad tanto en atmósferas reductoras como oxidantes y el coeficiente de expansión térmica (TEC), debe ser compatible con los otros componentes cerámicos de la celda SOFC. Est...

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Evaluation of SmCo and SmCoN magnetron sputtering coatings for SOFC interconnect applications

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Studies on elements diffusion of Mn/Co coated ferritic stainless steel for solid oxide fuel cell interconnects application

Studies on elements diffusion of Mn/Co coated ferritic stainless steel for solid oxide fuel cell interconnects application

Highly Dense Mn-Co Spinel Coating for Protection of Metallic Interconnect of Solid Oxide Fuel Cells

Avances en el desarrollo de interconectores metálicos de celdas SOFC

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