[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR100804242B1 - Coating material of wet-wet area in mcfc separator and coationg method therefor - Google Patents

Coating material of wet-wet area in mcfc separator and coationg method therefor Download PDF

Info

Publication number
KR100804242B1
KR100804242B1 KR1020060086076A KR20060086076A KR100804242B1 KR 100804242 B1 KR100804242 B1 KR 100804242B1 KR 1020060086076 A KR1020060086076 A KR 1020060086076A KR 20060086076 A KR20060086076 A KR 20060086076A KR 100804242 B1 KR100804242 B1 KR 100804242B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
separator
coating material
coating
zinc
nickel
Prior art date
Application number
KR1020060086076A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
전재호
박치록
전중환
김영우
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
한국전력공사
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 재단법인 포항산업과학연구원, 한국전력공사 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020060086076A priority Critical patent/KR100804242B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100804242B1 publication Critical patent/KR100804242B1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0282—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286—Processes for forming seals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051—Carbonates
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

A coating material, and a method for coating the liquid phase sealing part of the separator of a molten carbonate fuel cell by using the coating material are provided to lower the heat treatment temperature for coating, thereby decreasing the consumption of energy, to prevent the thermal deformation of a separator and to improve corrosion resistance. A coating material comprises 100 parts by weight of an aluminum powder; 10-60 parts by weight nickel; and 2-15 parts by weight zinc. The method comprises the steps of coating the surface of the liquid phase sealing part of the separator of a molten carbonate fuel cell by using the coating material; and heat treating it under air atmosphere. Preferably the heat treatment is carried out at a temperature of 500 deg.C or less.

Description

용융탄산염 연료전지용 분리판 액상 밀봉부의 코팅재 및 이에 따른 코팅 방법{Coating material of wet-wet area in MCFC separator and Coationg method therefor} Coating material of liquid separation part of separator plate for molten carbonate fuel cell and coating method according to it {Coating material of wet-wet area in MCFC separator and Coationg method therefor}

본 발명은 용융탄산염 연료전지를 구성하는 분리판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 분리판의 액상 밀봉부(Wet-seal area)의 내식성을 증가시키기 위한 코팅재 및 그 코팅방법에 관한 것이다.The present invention relates to a separator constituting a molten carbonate fuel cell, and more particularly, to a coating material for increasing the corrosion resistance of the wet-seal area of the separator and a coating method thereof.

용융탄산염 연료전지는 산소와 수소가스를 이용하여 전기를 발생하는 발전장치의 하나이다. 용융탄산염 연료전지 시스템의 기본적인 구성은 전해질, 양극판, 음극판, 분리판으로 이루어져 있다. 여러 개의 단위전지가 적층되는 스택의 경우, 각 단위전지는 분리판에 의하여 구분된다. 전해질은 일반적으로 650℃에서 용융상태로 존재하여, 탄산이온의 이동경로를 제공하는 것이 주된 목적이다. 전해질은 일반적으로 Li2CO3 + K2CO3의 혼합물로 만들어진다. 용융탄산염인 전해질은 반응 가스들이 전지내부에서 혼합되지 않도록 하며, 전지 외부로의 가스누출을 방지하는 액상 밀봉부 역할을 하게 된다. 그런데 용융탄산염 연료전지의 부품중 하나인 분리판 의 액상 밀봉부는 650℃의 용융탄산염과 직접 접촉하는 부분이다. 그래서 고온의 용융탄산염과 분리판이 직접적으로 접촉하기 때문에 고온부식이 발생하여 재료가 빠르게 부식이 된다. Molten carbonate fuel cells are one of the generators that generate electricity using oxygen and hydrogen gas. The basic composition of a molten carbonate fuel cell system consists of an electrolyte, a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator plate. In a stack in which several unit cells are stacked, each unit cell is divided by a separator. The electrolyte is generally present in the molten state at 650 ° C., and its main purpose is to provide a migration pathway for carbonate ions. The electrolyte is usually Li 2 CO 3 + Made of a mixture of K 2 CO 3 . Molten carbonate electrolyte serves to prevent the reaction gases from being mixed inside the battery and to serve as a liquid seal to prevent gas leakage to the outside of the battery. However, the liquid-sealing portion of the separator, one of the components of the molten carbonate fuel cell, is in direct contact with the molten carbonate at 650 ° C. As a result, the hot molten carbonate and the separator are in direct contact with each other, resulting in high temperature corrosion and quickly corroding the material.

일반적으로 STS 316L이나 STS 310S인 스테인레스 강판 같은 기판위에 알루미늄을 코팅한다. 분리판의 용융 밀봉부의 내식성을 증가시키기 위해서 용융 밀봉부의 재료는 낮은 부식속도, 높은 용융점, 절연성 및 비용해성 등을 만족시키는 리튬-알루미네이트(LiAlO2)을 적용해야 한다. 그러나 리튬-알루미네이트라는 재료자체를 분리판에 직접 적용하기 어렵기 때문에 일반적으로 알루미늄을 코팅하여 열처리를 실시한다. 왜냐하면, 코팅층의 알루미늄 성분이 용융탄산염과의 화학반응에 의해서 표면에 리튬-알루미네이트라는 보호피막을 형성시킬 수 있기 때문이다. 여기서 열처리를 실시하는 이유는 알루미늄 코팅층 자체만으로는 단위전지를 가동하는 650℃의 분위기 온도에서 내구성을 유지하지 못하기 때문이다. 즉 알루미늄의 용융온도가 약 660℃로 낮기 때문에, MCFC 가동 중에 알루미늄 코팅층의 일부가 녹을 수 있으며, 알루미늄 코팅층이 녹아서 없어지면 방식능력을 부분적으로 잃게 되기 때문이다. 따라서 알루미늄을 코팅한 후, 용융점이 높은 Al-Fe 합금층을 형성하기 위하여 진공 및 불활성 분위기에서 열처리 실시하게 된다. 지금까지 적용되는 코팅기술에는 전기도금법, 용융도금법, 용사법, 진공증착법, 슬러리 페인팅(Slurry painting), 스크린 프린팅(Screen printing)법 등이 있다. 보통 알루미늄을 코팅 한 후, 질소나 수소분위기의 비산화성 분위기에서 열처리를 실시하며 700℃ 에서 900℃의 별도의 열처리를 함으로서 순수 알루미늄 코팅층을 알루미나아드층으로 만들어 사용한다. In general, aluminum is coated on a substrate such as stainless steel sheet of STS 316L or STS 310S. In order to increase the corrosion resistance of the molten seal of the separator, the material of the molten seal must be applied with lithium-aluminate (LiAlO 2 ) which satisfies low corrosion rate, high melting point, insulation and insolubility. However, since the material itself, such as lithium-aluminate, is difficult to apply directly to the separator, heat treatment is generally performed by coating aluminum. This is because the aluminum component of the coating layer can form a protective film called lithium-aluminate on the surface by chemical reaction with molten carbonate. The reason for the heat treatment here is that the aluminum coating layer itself does not maintain durability at an ambient temperature of 650 ° C. to operate the unit cell. That is, since the melting temperature of aluminum is low at about 660 ° C., part of the aluminum coating layer may melt during operation of MCFC, and when the aluminum coating layer melts away, the anticorrosive ability is partially lost. Therefore, after coating aluminum, heat treatment is performed in a vacuum and inert atmosphere to form an Al-Fe alloy layer having a high melting point. Coating techniques applied so far include electroplating, hot dip coating, thermal spraying, vacuum deposition, slurry painting, and screen printing. Usually, after aluminum is coated, heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere of nitrogen or hydrogen atmosphere, and a separate aluminum heat treatment is performed at 700 ° C. to 900 ° C. to make a pure aluminum coating layer into an aluminaad layer.

이와 같이, 종래의 방법은 별도의 열처리를 함으로서 분리판의 열변형이 생기거나 에너지 소모도 크며 공기 분위기에서는 알루미나아드층을 형성하는 것이 불가능하다. 따라서, 열처리가 용이한 용융탄산염 연료전지용 분리판 액상 밀봉부에서의 표면 처리방법을 향상시키기 위해서는 종래의 코팅층을 개선해야 한다.As described above, in the conventional method, the heat treatment of the separator may occur due to a separate heat treatment, or energy consumption may be large, and it is impossible to form an alumina layer in an air atmosphere. Therefore, in order to improve the surface treatment method in the liquid sealing portion of the separator plate for molten carbonate fuel cell that is easy to heat treatment, it is necessary to improve the conventional coating layer.

본 발명은 용융탄산염 연료전지용 분리판 액상 밀봉부의 코팅재 및 그 코팅방법에 관한 것으로서, 별도의 열처리 공정을 없이 공기 분위기에서 알루미늄-니켈-아연으로 구성된 코팅층을 분리판 액상 밀봉부의 표면에 형성함으로서 공정의 간소함, 에너지 절감, 및 분리판의 열적변형을 방지할 수 있는 용융탄산염 연료전지용 분리판 액상 밀봉부의 코팅재 및 그 코팅방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a coating material and a coating method of the liquid sealing part of the separator plate for molten carbonate fuel cells, by forming a coating layer composed of aluminum-nickel-zinc on the surface of the separating plate liquid seal part in an air atmosphere without a separate heat treatment process. It is to provide a coating material and a coating method of the liquid sealing portion of the separator plate for molten carbonate fuel cells that can simplify, save energy, and prevent thermal deformation of the separator plate.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용융탄산염 연료전지를 구성하는 분리판의 액상 밀봉부에 코팅되는 코팅재는, 알루미늄 분말에 니켈과 아연을 혼합한 것을 특징으로 한다.The coating material coated on the liquid sealing portion of the separator constituting the molten carbonate fuel cell of the present invention for achieving the above object is characterized in that the nickel powder and zinc mixed.

그리고, 상기 코팅재는 알루미늄 분말 100중량부에 대하여 니켈 10 ~ 60 중량부, 아연 2 ~ 15 중량부인 것이 바람직하다,And, the coating material is preferably 10 to 60 parts by weight of nickel, 2 to 15 parts by weight of zinc with respect to 100 parts by weight of aluminum powder,

또한, 본 발명의 용융탄산염 연료전지를 구성하는 분리판의 액상 밀봉부의 코팅방법은 알루미늄 분말에 니켈과 아연을 추가 투입하여 혼합된 코팅재를 상기 액상 밀봉부 표면에 코팅하고 공기 분위기에서 열처리하여 된 것을 특징으로 한다.In addition, the coating method of the liquid sealing part of the separator constituting the molten carbonate fuel cell of the present invention is that the coating material mixed by adding nickel and zinc to the aluminum powder on the surface of the liquid sealing part and heat-treated in an air atmosphere It features.

그리고, 상기 코팅재의 혼합 비율은 알루미늄 분말 100중량부에 대하여 니켈 10 ~ 60 중량부, 아연 2 ~ 15 중량부인 것이 바람직하며, 상기 공기 분위기의 온도는 500℃이하이다.And, the mixing ratio of the coating material is preferably 10 to 60 parts by weight of nickel, 2 to 15 parts by weight of zinc with respect to 100 parts by weight of aluminum powder, the temperature of the air atmosphere is 500 ℃ or less.

본 발명에 따른 코팅재는 알루미늄, 니켈 및 아연의 3개 금속분말로 이루어코팅층을 형성한다. 여기에 스크린 프린팅성을 증가시키기 위하여 유기바인더를 첨가하였다.The coating material according to the present invention consists of three metal powders of aluminum, nickel and zinc to form a coating layer. To this was added an organic binder to increase screen printability.

본 발명은 코팅층을 구성하는 주요 성분인 알루미늄, 니켈 및 아연의 조합이기 때문에 이에 대하여 좀 더 자세하게 설명하고자 한다. 우선 코팅층을 구성하는 기본 성분은 알루미늄이다. 왜냐하면 알루미늄은 고온의 용융탄산염과 반응하여 내식성이 우수한 리튬-알루미네이트(LiAlO2) 산화물을 코팅층 표면에 형성하기 때문이다.  Since the present invention is a combination of aluminum, nickel and zinc which are the main components constituting the coating layer, it will be described in more detail. First of all, the basic component of the coating layer is aluminum. This is because aluminum reacts with hot molten carbonate to form lithium-aluminate (LiAlO 2) oxide having excellent corrosion resistance on the surface of the coating layer.

한편 여기서 니켈의 첨가량은 알루미늄을 기준으로 하였을 때, 10wt.%에서 60wt.%의 범위이어야 한다. 니켈을 첨가한 이유는 코팅층에 알루미늄 성분만이 존재하면 열처리 온도를 700℃ 이상으로 하여야 한다. 만약 알루미늄만을 코팅하여 열처리 온도를 500℃ 이하로 하면, 고온의 용융탄산염과 반응하여 쉽게 녹아버리기 때문이다. 니켈은 용융점이 1400℃ 이상으로 알루미늄과 적당한 양이 혼합된 상태에서 코팅층이 형성되면 알루미늄이 직접 녹는 것을 방지할 수 있다. 또한 650℃의 온도에서 연료전지가 가동 중에 알루미늄과 니켈이 반응하여 니켈-알루미나이드(Ni-Al)층을 형성할 수 있다. 니켈-알루미나이드(Ni-Al)합금은 철-알루미나이 드(Fe-Al)합금보다 용융탄산염 분위기에서 내식성이 우수한 것으로 알려져 있다.Meanwhile, the addition amount of nickel should be in the range of 10 wt% to 60 wt% based on aluminum. The reason for the addition of nickel is that if only the aluminum component is present in the coating layer, the heat treatment temperature should be 700 ° C or higher. If only the aluminum is coated and the heat treatment temperature is 500 ° C. or lower, it reacts with the hot molten carbonate and melts easily. Nickel may prevent the aluminum from directly melting when the coating layer is formed at a melting point of 1400 ° C. or more with aluminum mixed in an appropriate amount. In addition, aluminum and nickel may react with each other while the fuel cell is operating at a temperature of 650 ° C. to form a nickel-aluminate (Ni-Al) layer. Nickel-aluminate (Ni-Al) alloys are known to have better corrosion resistance in molten carbonate atmosphere than iron-aluminate (Fe-Al) alloys.

실험결과, 이러한 목적을 이루기 위해서 니켈은 적어도 10wt.% 이상 되어야 한다. 그리고 니켈의 첨가량이 60wt.%을 넘으면 코팅층 내부에 리튬-알루미네이트(LiAlO2) 보호피막을 형성하기 위한 알루미늄 성분이 부족하기 때문에 수명이 단축될 수 있다. Experiments have shown that nickel must be at least 10 wt.% To achieve this goal. In addition, when the amount of nickel exceeds 60 wt.%, The lifespan may be shortened due to the lack of an aluminum component for forming a lithium-aluminate (LiAlO 2) protective film in the coating layer.

마지막으로 코팅층을 구성하는 중요한 성분이 아연이다. 아연 금속은 용융점이 420℃정도이기 때문에 낮은 온도의 열처리 조건에서 용융상태가 된다. 이러한 아연의 특성은 알루미늄-니켈-아연으로 구성된 코팅층 내부에서 중요한 역할을 하게 된다. 즉 500℃의 낮은 온도에서 열처리를 하여도 아연은 용융상태로 존재하기 때문에 알루미늄과 니켈의 결합을 도모하고, 코팅층을 치밀하게 하는 역할을 한다. 또한 기판과의 밀착성을 증가시키는 기능도 하게 된다. 만약 아연이 첨가되지 않으면 열처리 온도를 700℃ 이상으로 증가시켜야만 치밀하고 안정한 코팅막을 형성할 수 있을 것이다. 그러나 본 발명에서는 열처리 온도를 500℃ 이하로 줄이는 것이 목표이기 때문에 아연의 첨가는 필수이다. 이러한 목적을 이루기 위해서 아연의 첨가량은 알루미늄을 기준으로 하였을 때, 적어도 2wt.%이상이어야 한다. 그리고 아연은 내식특성을 가지지 못하기 때문에 너무 많이 첨가하면 오히려 내식성을 떨어트릴 수 있다. 따라서 아연의 첨가량은 15wt.%가 넘도록 첨가할 필요는 없다. 요약하면, 500℃의 낮은 온도에서도 열처리가 가능한 코팅층을 구성하기 위해서 기본 구성은 알루미늄-니켈-아연으로 하는데, 여기서 니켈의 첨가량은 알루미늄을 기준으로 하였을 때, 10wt.%에서 60wt.%의 범위이어야 하고, 아연의 첨가량은 알루미늄 을 기준으로 하였을 때, 2wt.%에서 15wt.%의 범위에 있어야 한다. Finally, zinc is an important component of the coating layer. Since the zinc metal has a melting point of about 420 ° C., the zinc metal becomes molten at low temperature heat treatment conditions. The properties of zinc play an important role in the coating layer composed of aluminum-nickel-zinc. In other words, even when the heat treatment at a low temperature of 500 ℃ zinc exists in the molten state to promote the bonding of aluminum and nickel, and plays a role of compacting the coating layer. It also serves to increase the adhesion with the substrate. If zinc is not added, the heat treatment temperature should be increased to 700 ° C. or higher to form a dense and stable coating film. However, in the present invention, since the aim is to reduce the heat treatment temperature to 500 ° C. or lower, the addition of zinc is essential. To achieve this purpose, the amount of zinc added should be at least 2 wt.% Based on aluminum. And since zinc does not have corrosion resistance, too much addition may reduce corrosion resistance. Therefore, the addition amount of zinc does not need to be added more than 15wt.%. In summary, the basic composition is aluminum-nickel-zinc in order to form a coating layer that can be heat-treated even at a low temperature of 500 ° C., where the amount of nickel added should be in the range of 10wt.% To 60wt.% Based on aluminum. The amount of zinc added should be in the range of 2 wt% to 15 wt% based on aluminum.

본 발명의 코팅방법은 스크린 프린팅 방법을 적용하였다. 스크린 프린팅 방법을 선택한 이유는 다양한 코팅원료를 혼합하여 원하는 구성의 코팅층을 얻기가 용이하기 때문이다. 기본적인 코팅방법은 대한민국 특허 ‘스크린 인쇄에 의한 용융탄산염연료전지용 분리판의 알루미늄 코팅 방법’ (출원번호 2005-0128847)을 이용하였다.The coating method of the present invention was applied to the screen printing method. The screen printing method was chosen because it is easy to obtain a coating layer having a desired composition by mixing various coating materials. The basic coating method was used in the Korean patent 'Aluminum coating method of the separator plate for molten carbonate fuel cell by screen printing' (application number 2005-0128847).

본 발명의 열처리 조건은 코팅층의 구성을 알루미늄-니켈-아연으로 할 경우 500℃의 낮은 온도에서 열처리를 실시하여도 안정한 코팅막을 형성시킬 수 있다. 물론 열처리 온도는 500℃이상 900℃ 이하의 온도에서 열처리를 실시하여도 상관없다. 그러나, 기존의 기술과의 차이점은 본 발명에 의한 코팅층은 500℃의 낮은 온도에서 열처리가 가능하다는 것이다. Heat treatment conditions of the present invention can form a stable coating film even when the heat treatment at a low temperature of 500 ℃ when the composition of the coating layer is aluminum-nickel-zinc. Of course, the heat treatment temperature may be heat treated at a temperature of 500 ° C or more and 900 ° C or less. However, the difference from the existing technology is that the coating layer according to the present invention is capable of heat treatment at a low temperature of 500 ℃.

즉, 500℃의 온도에서 열처리를 할 수 있다면 몇 가지 효과가 발생한다. 우선 별도의 열처리 공정을 생략할 수 있다. 왜냐하면 용융탄산염 연료전지를 가동하기 위해서는 장치를 650℃까지 가열시켜야 하기 때문에, 연료전지를 가동하는 중간에 동시에 열처리가 이루어질 수 있기 때문이다. 두 번째 효과는 열처리 온도가 낮기 때문에 분리판의 열변형이 획기적으로 줄어든다는 것이다. 세 번째 효과는 열처리를 실시하기 위해 사용되는 에너지를 절감할 수 있다는 것이다. 네 번째 효과는 공기 분위기에서 열처리를 실시하여도 가능하다는 것이다. 이전 기술은 질소나 수소분위기에서 열처리를 실시하였다. 왜냐하면 고온에서 열처리를 실시하면 분리판의 산화가 일어나기 때문에 이를 방지하기 위하여 비 산화성 분위기에서 열처리를 실시하였다. 그러나 본 발명에 의한 코팅층은 500℃의 낮은 온도에서 열처리가 가능하기 때문에 공기 분위기에서 열처리를 하여도 기판인 스테인레스 강판의 산화가 거의 일어나지 않는다. That is, if the heat treatment can be performed at a temperature of 500 ℃ several effects occur. First, a separate heat treatment process may be omitted. This is because, in order to operate the molten carbonate fuel cell, the apparatus must be heated up to 650 ° C., so that heat treatment can be performed at the same time during the operation of the fuel cell. The second effect is that the heat treatment temperature is low, which significantly reduces the thermal deformation of the separator. The third effect is that the energy used to perform the heat treatment can be saved. The fourth effect is that the heat treatment can be performed in an air atmosphere. Previous techniques have performed heat treatment in a nitrogen or hydrogen atmosphere. Because the heat treatment at high temperature occurs the oxidation of the separator plate to prevent the heat treatment in a non-oxidizing atmosphere. However, since the coating layer according to the present invention can be heat-treated at a low temperature of 500 ° C., even when heat-treated in an air atmosphere, oxidation of the stainless steel sheet as a substrate hardly occurs.

이하, 본발명에 따른 실시예를 설명하고자 한다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described.

실시예 1～3) 용융탄산염 연료전지를 구성하는 분리판의 액상 밀봉부에 코팅되는 코팅재의 구성은 기본적으로 알루미늄 분말에 니켈과 아연을 혼합하였다. 실시예 (1)에서는 니켈 10wt.%, 아연 5wt.%로 하고 나머지는 잔부 알루미늄이다. 그리고 실시예 (2)는 니켈 30wt.%, 아연 5wt.%, 실시예 (3)은 니켈 60wt.%, 아연 5wt.%로 구성하였다. 본 발명의 코팅방법은 스크린 프린팅 방법을 적용하였다. 여기서 스크린 프린팅성을 증가시키기 위하여 유기바인더를 일부 첨가하였다. 기판인 스테인리스 강판 316L위에 Al-Ni-Zn 코팅층을 형성한 후, 500℃의 질소 분위기에서 열처리를 실시한 후 내식성을 평가하였다. 내식성 평가는 Li2CO3 + K2CO3의 혼합물로 만들어진 650℃의 용융탄산염 용액속에서 24시간 동안 침적시킨 후, 무게변화를 관찰하였다. 무게증가가 0～0.1mg/㎠이면 ◎, 0.1～0.2mg/㎠이면 ○로 표시하였고, 무게변화가 감소하거나(-), 0.2mg/㎠이상 증가하면 ×로 표시하였다. 여기서 무게변화가 감소함은 코팅층이 일부 파괴되었다는 것인데, 이는 코팅층의 알루미늄 성분이 일부 녹아서 없어진 것을 의미한다. Examples 1 to 3) The composition of the coating material coated on the liquid sealing portion of the separator constituting the molten carbonate fuel cell basically mixed nickel and zinc with aluminum powder. In Example (1), 10 wt.% Nickel and 5 wt.% Zinc are used, and the remainder is balance aluminum. Example (2) was made of nickel 30wt.%, Zinc 5wt.%, And example (3) was made of nickel 60wt.%, Zinc 5wt.%. The coating method of the present invention was applied to the screen printing method. Some organic binder was added here to increase screen printability. After the Al-Ni-Zn coating layer was formed on 316L of the stainless steel sheet as a substrate, the heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 500 ° C., and corrosion resistance was evaluated. Corrosion resistance evaluation is Li 2 CO 3 After immersion for 24 hours in a molten carbonate solution of 650 ℃ made of a mixture of + K 2 CO 3 , the weight change was observed. If the weight increase is 0∼0.1mg / ㎠, ◎, and if 0.1 ～ 0.2mg / ㎠, the weight change decreases (-) or if it increases more than 0.2mg / ㎠, it is indicated by ×. The decrease in weight here means that the coating layer is partially destroyed, which means that the aluminum component of the coating layer is partially dissolved.

실시예 4～5) 용융탄산염 연료전지를 구성하는 분리판의 액상 밀봉부에 코팅되는 코팅재의 구성은 기본적으로 알루미늄 분말에 니켈과 아연을 혼합하였다. 실시예 (4)에서는 니켈 30wt.%, 아연 2wt.%로 하고 나머지는 잔부 알루미늄이다. 그리고 실시예 (5)는 니켈 30wt.%, 아연 15wt.%로 하고 나머지는 잔부 알루미늄이다. 그리고 실시예 (1)에서와 같이, 스크린 프린팅 방법을 적용하여 코팅층을 형성한 후, 500℃의 질소 분위기에서 열처리를 실시한 후 내식성을 평가하였다. Examples 4 to 5) The coating material coated on the liquid sealing portion of the separator constituting the molten carbonate fuel cell basically mixed nickel and zinc with aluminum powder. In Example (4), nickel is 30wt% and zinc is 2wt%, and the remainder is balance aluminum. Example (5) is made of 30 wt.% Nickel and 15 wt.% Zinc, with the remainder being aluminum. And as in Example (1), after applying the screen printing method to form a coating layer, after performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere of 500 ℃ and evaluated the corrosion resistance.

비교예 1) 비교예 (1)은 아연분말을 포함시키지 않은 것으로 니켈을 20wt.%, 알루미늄을 80wt.% 하고 코팅층을 형성한 것이다. 이후 500℃의 질소 분위기에서 열처리를 실시한 후 내식성을 평가하였다. Comparative Example 1) Comparative Example (1) does not contain zinc powder and forms a coating layer with 20 wt.% Nickel and 80 wt.% Aluminum. After the heat treatment in a nitrogen atmosphere of 500 ℃ after which the corrosion resistance was evaluated.

비교예 2) 비교예 (2)에서는 니켈 70wt.%, 아연 5wt.%로 하고 알루미늄을 25wt.% 로 한후, 코팅층을 형성하였다. 이 후, 500℃의 질소 분위기에서 열처리를 실시한 후 내식성을 평가하였다. Comparative Example 2) In Comparative Example (2), 70 wt.% Nickel and 5 wt.% Zinc were used, and 25 wt.% Aluminum was used to form a coating layer. Thereafter, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 500 ° C., and corrosion resistance was evaluated.

비교예 3) 비교예 (3)은 알루미늄만을 100wt.% 코팅한 후, 500℃에서 열처리를 실시한 후 내식성을 평가한 것이다. Comparative Example 3) In Comparative Example (3), only 100 wt.% Of aluminum was coated and then heat treated at 500 ° C. to evaluate corrosion resistance.

코팅층 조성Coating Layer Composition 내식성 Corrosion resistance AlAl NiNi ZnZn 실시예 1Example 1 8585 1010 55 ◎◎ 실시예 2Example 2 6565 3030 55 ◎◎ 실시예 3Example 3 3535 6060 55 ○○ 실시예 4Example 4 6868 3030 22 ○○ 실시예 5Example 5 5555 3030 1515 ○○ 비교예 1Comparative Example 1 8080 2020 00 ×× 비교예 2Comparative Example 2 2525 7070 55 ×× 비교예 3Comparative Example 3 100100 00 00 ××

이상과 같이 본 발명은 열처리성이 용이한 용융탄산염 연료전지용 분리판 액상 밀봉부에 알루미늄-니켈-아연으로 구성된 코팅재를 코팅함으로서 500℃의 낮은 온도에서 열처리를 실시하여도 안정하고 품질특성이 우수한 코팅막을 형성시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 기존의 방법에 비하여 공정이 간단하고, 열처리 온도가 낮기 때문에 에너지사용이 절감되는 등의 경제성 효과가 있다. 그리고 분리판의 열적변형을 방지할 수 있으며, 내식성도 증가 시킬 수 있는 표면처리 방법이기 때문에 분리판의 품질특성을 증가시키는 효과도 있다.As described above, the present invention is coated with a coating material composed of aluminum-nickel-zinc on the liquid sealing part of the separator plate for molten carbonate fuel cell, which is easy to be heat-treated, so that the coating film is stable and has excellent quality characteristics even when heat treatment is performed at a low temperature of 500 ° C. Can be formed. Therefore, the present invention has an economic effect such as a simpler process than the conventional method, and because the heat treatment temperature is low, energy use is reduced. In addition, it is possible to prevent thermal deformation of the separator and to increase the quality characteristics of the separator because it is a surface treatment method that can increase the corrosion resistance.

Claims (5)

용융탄산염 연료전지를 구성하는 분리판의 액상 밀봉부에 코팅되는 코팅재를 형성함에 있어서, 알루미늄 분말에 니켈과 아연을 혼합한 것을 특징으로 하는 용융탄산염 연료전지의 분리판의 액상 밀봉부에 코팅되는 코팅재.In forming the coating material coated on the liquid sealing portion of the separator constituting the molten carbonate fuel cell, the coating material coated on the liquid sealing portion of the separator plate of the molten carbonate fuel cell, characterized in that the nickel powder and zinc mixed with aluminum powder . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 코팅재는 알루미늄 분말 100중량부에 대하여 니켈 10 ~ 60 중량부, 아연 2 ~ 15 중량부인 것을 특징으로 하는 분리판의 액상 밀봉부에 코팅되는 코팅재.The coating material is a coating material coated on the liquid sealing part of the separator, characterized in that 10 to 60 parts by weight of nickel, 2 to 15 parts by weight of zinc with respect to 100 parts by weight of aluminum powder. 용융탄산염 연료전지를 구성하는 분리판의 액상 밀봉부를 제조하기 위하여 알루미늄 분말에 니켈과 아연을 추가 투입하여 혼합된 코팅재를 상기 액상 밀봉부 표면에 코팅하고 공기 분위기에서 열처리하여 된 것을 특징으로 하는 용융탄산염 연료전지를 구성하는 분리판의 액상 밀봉부의 코팅 방법. Molten carbonate, characterized in that the coating material mixed by adding nickel and zinc to the aluminum powder to the surface of the liquid sealing part and heat-treated in an air atmosphere in order to manufacture the liquid sealing part of the separator constituting the molten carbonate fuel cell The coating method of the liquid sealing part of the separator which comprises a fuel cell. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 코팅재의 혼합 비율은 알루미늄 분말 100중량부에 대하여 니켈 10 ~ 60 중량부, 아연 2 ~ 15 중량부인 것을 특징으로 하는 분리판의 액상 밀봉부의 코팅 방법.The mixing ratio of the coating material is 10 to 60 parts by weight of nickel, 2 to 15 parts by weight of zinc based on 100 parts by weight of aluminum powder coating method of the liquid sealing portion of the separator. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 공기 분위기의 온도는 500℃이하인 것을 특징으로 하는 분리판의 액상 밀봉부의 코팅 방법.The temperature of the air atmosphere is a coating method of the liquid sealing portion of the separator, characterized in that less than 500 ℃.
KR1020060086076A 2006-09-07 2006-09-07 Coating material of wet-wet area in mcfc separator and coationg method therefor KR100804242B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060086076A KR100804242B1 (en) 2006-09-07 2006-09-07 Coating material of wet-wet area in mcfc separator and coationg method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060086076A KR100804242B1 (en) 2006-09-07 2006-09-07 Coating material of wet-wet area in mcfc separator and coationg method therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100804242B1 true KR100804242B1 (en) 2008-02-18

Family

ID=39382296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060086076A KR100804242B1 (en) 2006-09-07 2006-09-07 Coating material of wet-wet area in mcfc separator and coationg method therefor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100804242B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62264552A (en) 1986-05-12 1987-11-17 Hitachi Cable Ltd Clad material for button battery
KR20010074336A (en) * 2000-01-25 2001-08-04 박호군 Direct Internal Reforming Molten Carbonate Fuel Cell with Membrane for Intercepting Carbonate Vapor
JP2003123782A (en) 2001-10-17 2003-04-25 Showa Denko Kk Separator for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell
KR20060058367A (en) * 2004-11-25 2006-05-30 삼성에스디아이 주식회사 Metal separator for fuel cell system and method for preparing the same and fuel cell system comprising the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62264552A (en) 1986-05-12 1987-11-17 Hitachi Cable Ltd Clad material for button battery
KR20010074336A (en) * 2000-01-25 2001-08-04 박호군 Direct Internal Reforming Molten Carbonate Fuel Cell with Membrane for Intercepting Carbonate Vapor
JP2003123782A (en) 2001-10-17 2003-04-25 Showa Denko Kk Separator for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell
KR20060058367A (en) * 2004-11-25 2006-05-30 삼성에스디아이 주식회사 Metal separator for fuel cell system and method for preparing the same and fuel cell system comprising the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107210457B (en) Interconnect for low temperature solid oxide fuel cell
US7407717B2 (en) Protective coating for substrates that are subjected to high temperatures and method for producing said coating
RU2414775C1 (en) Method of making multilayer barrier structure for solid oxide fuel cell
EP1595302B1 (en) Method for producing a protective coating for substrates that are subjected to high temperatures and form chromium oxide
JPH11126624A (en) Current collector for fuel cell and its manufacture
KR20100016496A (en) Material for protective coatings on high temperature-resistant chromium oxide-forming substrates, method for the production thereof, and use thereof
Frangini Corrosion of metallic stack components in molten carbonates: critical issues and recent findings
JP3423574B2 (en) Corrosion resistant treatment method for separator of molten carbonate fuel cell
Yuh et al. Carbonate fuel cell materials
CN101454932A (en) Interconnector for a fuel cell stack, and method for production
US20090317679A1 (en) Chromium Retention Layers for Components of Fuel Cell Systems
JP3228377B2 (en) Molten carbonate fuel cell cathode and method for suppressing its dissolution
KR100804242B1 (en) Coating material of wet-wet area in mcfc separator and coationg method therefor
CN115287529B (en) Nickel-iron-based alloy coating and preparation method and application thereof
JPH0652868A (en) Separator masking material for molten carbonate fuel cell and manufacture thereof
JP2011256461A (en) Oxidation resistant component and related method
JP2020152999A (en) Electrode plate
EP0913492A1 (en) Low heat expansion alloy
CN115548364A (en) Corrosion-resistant conductive metal bipolar plate and preparation method thereof
CN101488571A (en) Surface treatment process for molten carbonate fuel cell stainless steel bi-polar plate
KR101311784B1 (en) Coating method of anti-corrosion for sepertator of molten cabonate fuel cell
KR101229075B1 (en) Stack for molten carbonate fuel cell and method of producing separator for molten carbonate fuel cell
KR20080057550A (en) Seperator for solid oxide fuel cell and preparing method thereof
Seabaugh et al. Oxide Protective Coatings for Solid Oxide Fuel Cell Interconnects
KR100543656B1 (en) Manufacturing method of separator for molten carbonate fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130208

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140211

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150210

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160212

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170201

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180202

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200121

Year of fee payment: 13