项目名称: SOFC不锈钢连接体用Nb掺杂NiFe2O4涂层的制备与高温性能

项目编号: No.51471179

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 曾潮流

作者单位: 中国科学院金属研究所

项目金额: 85万元

中文摘要: 铁素体不锈钢被认为是最有希望的中温固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体材料。然而,应用铁素体不锈钢连接体面临的主要障碍是合金表面氧化物的生长而导致的面比电阻的增加和Cr挥发导致的电池阴极中毒。施加抗氧化、导电涂层是解决上述问题的一种有效途径。鉴于n-型NiFe2O4尖晶石氧化物是非挥发性的,与铁素体不锈钢具有相近的热膨胀系数和高的电导率,本项目拟通过掺杂高价态的Nb5+来提高其电导率与保护性能,制备Nb掺杂的NiFe2O4尖晶石涂层。为此,采用复合电镀技术在430铁素体不锈钢表面制备NiFe-Nb复合镀层,通过高温氧化处理使合金镀层转化为Nb掺杂的NiFe2O4尖晶石涂层。研究合金/涂层在700-800℃模拟SOFC阴、阳极气氛中的高温氧化行为及面比电阻,表征合金/涂层的微观结构,阐明涂层与Nb的作用机制。本项研究对于推动SOFC不锈钢连接体表面防护涂层的发展与应用具有积极的意义。

中文关键词: 固体氧化物燃料电池;不锈钢连接体;Nb掺杂NiFe2O4尖晶石涂层;高温氧化;电导率

英文摘要: Cr2O3-forming ferritic stainless steels have been considered as the most promising materials for the interconnects of intermediate-temperature solid oxide fuel cell. However, the main obstacles for using ferritic stainless steel interconnects are the increase of area specific resistance due to the growth of oxide scales and the poisoning of cathodes due to volatile Cr. Applying oxidation resistant and electrically conductive coatings is an effective method to overcome these problems. In view of the fact that n-type NiFe2O4 spinel oxide is nonvolatile, has a similar thermal expansion coefficient to ferritic stainless steels and high electronic conductivity, it is proposed in this project that high-valence Nb5+ is introduced to prepare Nb-doped NiFe2O4, with an attempt to increase its electronic conductivity and protective performances. Thereby, NiFe-Nb composite coatings will be prepared on a type 430 ferritic stainless steel, followed by heat treatment in a low oxygen pressure environment and in air to obtain Nb-doped NiFe2O4 spinel coatings. Furthermore, the high temperature oxidation behavior and area specific resistance of the alloy with and without coatings will be investigated in both simulated cathode and anode atmosphere at 700-800℃, and its microstructures will also be examined, in an attempt to understand the mechanism of the spinel coatings and Nb in improving the oxidation resistance and electronic conductivity.This investigation is of great significance to the development of oxidation resistant and electrically conductive coatings for stainless steel interconnects of solid oxide fuel cell.

英文关键词: Solid oxide fuel cell;stainless steel interconnect;Nb-doped NiFe2O4 spinel coating;high temperature oxidation;electronic conductivity

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