고체산화물 연료전지용 460FC계 금속분리판에서 무전해 코발트 코팅 두께의 영향 (Effect of Electroless Co Coating Thickness on 460FC-based Metallic Interconnects for Solid Oxide Fuel Cell)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 24권 / 1호 / 481 ~ 487페이지
· 저자명 : 오승주, 한동헌, 배진우

초록

460계 Fe-Cr 합금은 저렴하고 연속공정에 적합하여 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC)의금속분리판의 주요 소재로 사용되고 있다. 그러나 고온산화 조건에서 Cr의 확산 및 휘발과 Cr2O3의 성장으로 인해서 생성되는 가스는 SOFC의 에너지 효율을 감소시킨다. 이를 개선하기 위해 Co를 표면 위에 코팅하고 고온산화시켜 산화층(Co3O4)을 형성시키는 연구가 진행되었다. Co3O4은 전기전도도가 우수하고, 고온산화 분위기에서 Cr의분산과 Cr 산화물의 형성을 억제할 수 있기 때문에 금속분리판의 고온산화특성을 개선시킬 수 있다. 그러나 Co 산화층(Co3O4)의 경우도 코팅 두께가 두꺼워지면 생성되는 산화막의 두께도 두꺼워져 금속분리판의 전기적 특성이 감소하게 되므로 외부 산소의 침입을 최대한 억제하면서 높은 전기적 특성을 보이도록 Co 코팅 두께를 최적화해야한다. 본 연구에서는 Co 코팅층을 무전해 도금방식으로 두께별로 460FC에 코팅하였고, 이를 750 ℃에서 산화시켰다. Co 코팅 두께에 따른 460FC의 고온산화특성을 Normal scanning electron microscopy/Energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, Area specific resistance 측정을 통해 비교분석하였다. 그 결과, Co 코팅 두께가 2 μm일 때 Co3O4가 치밀하게 형성되어 Cr이 표면으로 확산되는 것을 충분히 방지할 수 있었으며 Cr 산화물의 성장을 효과적으로 억제하여 가장 낮은 ASR 값을 나타냄을 알 수 있었다.

영어초록

Fe-Cr steel alloys based on 460FC are economical ferritic stainless steel, suitable for conventional continuous casting, and used as metallic interconnects for solid oxide fuel cells (SOFCs). However, the diffusion and volatility of Cr and the growth of Cr oxide from the Fe-Cr alloy during oxidation at high temperature seriously reduce the power efficiency of SOFCs. Generally, a Co oxide layer not only has good electrical conductivity but also improves the oxidation property of metallic interconnects at high temperature by inhibiting Cr diffusion and retarding the growth of Cr oxide during oxidation at high temperature. However, as the thickness of the Co coating layer increases, the electrical properties of the metallic interconnects suffer. Therefore, the thickness of the Co coating layer should be optimized to minimize the intrusion of external oxygen and to keep the electrical properties stable. In this study, protective Co layers were deposited on a 460FC Fe-Cr alloy by electroless plating and then oxidized at 750℃. The oxidation characteristics of the Co-coated 460FC Fe-Cr alloy were analyzed and compared based on the thickness of the Co coating layer by normal scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, and area specific resistance. We confirmed that the Co3O4 layer was densely formed when the thickness of the protective Co layer was 2 μm, which prevented Cr diffusion and the growth of Cr oxide at high temperature, resulting in a low ASR value (15.3419 m Ω·cm2).

참고자료

· 없음