JPH04294063A - Highly anti-corrosive material for fuel cell with molten carbonate - Google Patents

Highly anti-corrosive material for fuel cell with molten carbonate

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JPH04294063A
JPH04294063A JP3057585A JP5758591A JPH04294063A JP H04294063 A JPH04294063 A JP H04294063A JP 3057585 A JP3057585 A JP 3057585A JP 5758591 A JP5758591 A JP 5758591A JP H04294063 A JPH04294063 A JP H04294063A
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JP
Japan
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molten carbonate
aluminum
thin film
corrosion
vacuum
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JP3057585A
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Japanese (ja)
Inventor
Saneji Otsuki
大槻 実治
Hiroshi Ishizuka
浩 石塚
Kiyoshi Ogata
潔 緒方
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Kansai Electric Power Co Inc
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a highly anti-corrosive material for a molten carbonate type fuel cell having a high anti-corrosiveness against molten carbonates. CONSTITUTION:Inside of a vacuum device, a LiAl alloy film or a LiAlO2 film is formed on the surface of a base material 12 by means of vacuum deposition of evaporated substances 14, 24, i.e., Li and Al, and ion 16 irradiation of inactive gas or oxygen gas. Accordingly a high anti-corrosion characteristics can be kept even under severe corrosive conditions where the materials are exposed to high temp. molten carbonates for a long period of time.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、溶融炭酸塩燃料電池
に用いられ、高い耐腐食性を有する溶融炭酸塩燃料電池
用の高耐腐食性材料に関するものである。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to highly corrosion resistant materials for use in molten carbonate fuel cells and having high corrosion resistance.

【0002】0002

【従来の技術】従来から各種の燃料電池の開発研究が行
われている。その燃料電池の中で溶融炭酸塩燃料電池は
、電解質として用いる溶融した炭酸塩の電導度が水溶液
に比べて非常に大きいために大電流密度での動作が可能
で、第二世代燃料電池と呼ばれて大きな期待が持たれて
いる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Research and development on various types of fuel cells have been carried out. Among these fuel cells, molten carbonate fuel cells are capable of operating at high current densities because the conductivity of the molten carbonate used as an electrolyte is much higher than that of aqueous solutions, and are called second-generation fuel cells. There are high expectations.

【0003】この溶融炭酸塩燃料電池の一例を図3に基
づいて説明する。図3は、溶融炭酸塩燃料電池の構造を
説明する概略図である。この溶融炭酸塩燃料電池は、6
50℃の高温度で溶融状態にあるLi2CO3−Na2
CO3系の溶融炭酸塩を含浸する電解質板41の片面に
、酸化ニッケル(NiO )からなるカソード電極42
,波形のセパレータ材43およびニッケル(Ni)から
なるアノード電極44を設け、電解質板41の他面に、
ニッケル(Ni)からなるアノード電極44,波形のセ
パレータ材43および酸化ニッケル(NiO )からな
るカソード電極42を設け、各セパレータ材43の端部
と電解質板41との間をシーリングするようにウエット
シール部材45を設けたものである。なお、Aは燃料ガ
ス、Bは酸化ガスである。
An example of this molten carbonate fuel cell will be explained based on FIG. 3. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the structure of a molten carbonate fuel cell. This molten carbonate fuel cell has 6
Li2CO3-Na2 in a molten state at a high temperature of 50℃
A cathode electrode 42 made of nickel oxide (NiO 2 ) is placed on one side of an electrolyte plate 41 impregnated with CO3-based molten carbonate.
, a corrugated separator material 43 and an anode electrode 44 made of nickel (Ni) are provided, and on the other side of the electrolyte plate 41,
An anode electrode 44 made of nickel (Ni), a corrugated separator material 43, and a cathode electrode 42 made of nickel oxide (NiO 2 ) are provided, and a wet seal is applied to seal between the end of each separator material 43 and the electrolyte plate 41. A member 45 is provided. Note that A is a fuel gas and B is an oxidizing gas.

【0004】このような構造の溶融炭酸塩燃料電池にお
いて、特に耐腐食性を必要とする部分のセパレータ材4
3,ウエットシール部材45等には、ステンレスまたは
ステンレス系鋼材等の特殊金属材料,表面にアルミニウ
ム(Al)薄膜を真空蒸着法で設けたステンレスまたは
ステンレス系鋼材等の特殊金属材料,表面にアルミニウ
ム(Al)薄膜をイオンプレーディング法で設けて熱処
理したステンレスまたはステンレス系鋼材等の特殊金属
材料等が実用に供されている。
[0004] In a molten carbonate fuel cell having such a structure, the separator material 4 is used in parts that particularly require corrosion resistance.
3. The wet seal member 45 etc. is made of a special metal material such as stainless steel or stainless steel, a special metal material such as stainless steel or stainless steel with a thin aluminum (Al) film coated on the surface by vacuum evaporation, or a special metal material such as aluminum (Al) on the surface. Special metal materials such as stainless steel or stainless steel materials in which a thin Al) film is provided by an ion plating method and then heat treated are in practical use.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、650
℃の高い温度状態にあるLi2CO3−Na2CO3系
の溶融炭酸塩にさらされて使用されるセパレータ材43
,ウエットシール部材45に、耐腐食性を有するステン
レスまたはステンレス系鋼材等の特殊金属材料を用いて
も、溶融炭酸塩燃料電池が使用されている間は高温度(
650℃)のLi2CO3−Na2CO3系の溶融炭酸
塩にさられるため、腐食が発生して溶融炭酸塩の液漏れ
が発生し、溶融炭酸塩燃料電池が使用できなくなる。
[Problem to be solved by the invention] However, 650
Separator material 43 used by being exposed to Li2CO3-Na2CO3-based molten carbonate at a high temperature of ℃
, Even if a special metal material such as corrosion-resistant stainless steel or stainless steel is used for the wet seal member 45, high temperatures (
650° C.), corrosion occurs and the molten carbonate leaks, making the molten carbonate fuel cell unusable.

【0006】また、表面にアルミニウム(Al)薄膜を
真空蒸着法で設けたステンレスまたはステンレス系鋼材
等の特殊金属材料をセパレータ材43,ウエットシール
部材45として用いた場合は、表面に蒸着したアルミニ
ウム(Al)と溶融炭酸塩のリチウム(Li)とが反応
してアルミニウム(Al)を主成分とするLiAlO2
の不働態が形成され耐腐食性が向上するものの、真空蒸
着で設けられるアルミニウム(Al)薄膜にはピンホー
ルが存在するため、このピンホールから腐食(ピンホー
ル腐食)が発生するとともに、アルミニウム(Al)薄
膜と特殊金属材料との密着性が低いため熱応力でアルミ
ニウム(Al)薄膜が剥離し易く、構成材料の表面およ
び内部に腐食が発生し、溶融炭酸塩燃料電池が使用でき
なくなる。
Furthermore, when a special metal material such as stainless steel or stainless steel material on which a thin aluminum (Al) film is formed on the surface by vacuum evaporation is used as the separator material 43 and the wet seal member 45, the aluminum (Al) deposited on the surface may be Al) and molten carbonate lithium (Li) react to form LiAlO2 whose main component is aluminum (Al).
Although the aluminum (Al) thin film formed by vacuum evaporation has pinholes, corrosion occurs from these pinholes (pinhole corrosion). Because the adhesion between the aluminum (Al) thin film and the special metal material is low, the aluminum (Al) thin film easily peels off due to thermal stress, corrosion occurs on the surface and inside of the constituent materials, and the molten carbonate fuel cell becomes unusable.

【0007】さらに、表面にアルミニウム(Al)薄膜
をイオンプレーディング法で設けて熱処理したステンレ
スまたはステンレス系鋼材等の特殊金属材料セパレータ
材43,ウエットシール部材45として用いた場合は、
アルミニウム(Al)薄膜のピンホールをなくしピンホ
ール腐食を防止することができるが、アルミニウム(A
l)薄膜を形成するための条件の一つである真空度が低
いため不純物が混入して局部腐食が発生し易く、腐食に
伴う欠陥部の形成により、溶融炭酸塩燃料電池が使用で
きなくなる。また、アルミニウム(Al)薄膜の形成と
高温度の熱処理とを行うため、特殊金属材料の材質が限
定されたり、生産性が悪く製造コストが高くなるという
欠点がある。
Furthermore, when a special metal material such as stainless steel or stainless steel which has been heat-treated with an aluminum (Al) thin film formed on the surface by ion plating is used as the separator material 43 and the wet seal member 45,
Pinholes in aluminum (Al) thin films can be eliminated and pinhole corrosion can be prevented;
l) Since the degree of vacuum, which is one of the conditions for forming a thin film, is low, impurities are mixed in and local corrosion is likely to occur, and the formation of defects due to corrosion makes the molten carbonate fuel cell unusable. Furthermore, since the formation of an aluminum (Al) thin film and high-temperature heat treatment are performed, there are disadvantages in that the quality of the special metal material is limited, and productivity is poor and manufacturing costs are high.

【0008】この発明の目的は、高温度の溶融炭酸塩に
長時間さらされて使用した場合でも高い耐腐食特性を示
す溶融炭酸塩燃料電池用の高耐腐食性材料を提供するこ
とである。
It is an object of the present invention to provide a highly corrosion resistant material for molten carbonate fuel cells that exhibits high corrosion resistance properties even when used with prolonged exposure to high temperature molten carbonates.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明の溶融炭酸塩燃
料電池用の高耐腐食性材料は、基材の表面にLiAl合
金薄膜またはLiAlO2薄膜を設けたものである。
[Means for Solving the Problems] The highly corrosion-resistant material for molten carbonate fuel cells of the present invention is one in which a LiAl alloy thin film or a LiAlO2 thin film is provided on the surface of a base material.

【0010】0010

【作用】この発明の溶融炭酸塩燃料電池用の高耐腐食性
材料は、基材の表面に設けたLiAl合金薄膜またはL
iAlO2薄膜が、通常の金属の状態よりも貴金属性を
おびた状態である不働態(passivity または
passive state)として作用するので、溶
融状態にある炭酸塩に対して高い耐腐食性を示す。
[Operation] The highly corrosion-resistant material for molten carbonate fuel cells of the present invention is a LiAl alloy thin film or L
Since the iAlO2 thin film acts as a passivity or passive state, which is more noble than the normal metal state, it exhibits high corrosion resistance to carbonates in the molten state.

【0011】[0011]

【実施例】この発明の溶融炭酸塩燃料電池用の高耐腐食
性材料の第1の実施例を図1に基づいて説明する。図1
は、IVD法(Ion Vapor Depositi
on法)により基材の表面に各種薄膜を形成する装置の
概略構成図である。
EXAMPLE A first example of the highly corrosion-resistant material for a molten carbonate fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG. Figure 1
is the IVD method (Ion Vapor Deposit
1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for forming various thin films on the surface of a base material by the on method.

【0012】この装置は、真空装置内(図示せず)にお
いて、水を循環することにより水冷できるホルダ11に
基材12が固定されている。この基材12に対向する位
置には二つの蒸発源13,23とイオン源15とが配置
されている。この蒸発源13,23は、電子ビーム,レ
ーザ線または高周波等により高温度に加熱することがで
きるもので、蒸発源13の中にはリチウム(Li)から
なる蒸発物質14が、また蒸発源23の中にはアルミニ
ウム(Al)からなる蒸発物質24が入れられる。
In this device, a base material 12 is fixed to a holder 11 that can be water-cooled by circulating water in a vacuum device (not shown). Two evaporation sources 13 and 23 and an ion source 15 are arranged at positions facing the base material 12. The evaporation sources 13 and 23 can be heated to a high temperature by an electron beam, laser beam, high frequency, etc. Inside the evaporation source 13 is an evaporation substance 14 made of lithium (Li); An evaporative substance 24 made of aluminum (Al) is placed inside.

【0013】また、イオン源15は、カウフマン型やプ
ラズマを閉じ込めるためのカスプ磁場を用いたバケット
型等のもので、少なくとも1種類以上の不活性ガスまた
は酸素ガス(O2)が供給され、これらのガスをイオン
化してイオン16として基材12の表面に照射する装置
である。さらに、真空装置内には、膜厚計17と電流測
定計18が配置されている。この膜厚計17は、基材1
2の表面に蒸着されるリチウム(Li)およびアルミニ
ウム(Al)の粒子数ならびに膜厚を計測するためのも
のであり、例えば水晶振動子を使用した振動型膜厚計等
である。また、電流測定計18は、基材12に照射され
る不活性ガスまたは酸素ガス(O2)のイオン16の量
を計測するためのものであり、例えばファラデーカップ
のような2次電子抑制電極をもつカップ型構造のイオン
ビーム電流測定計等である。
The ion source 15 is of the Kaufmann type or a bucket type using a cusp magnetic field for confining plasma, and is supplied with at least one type of inert gas or oxygen gas (O2). This is a device that ionizes gas and irradiates the surface of the base material 12 as ions 16. Furthermore, a film thickness meter 17 and a current measuring meter 18 are arranged within the vacuum apparatus. This film thickness meter 17 measures the thickness of the base material 1.
This device is used to measure the number of particles and film thickness of lithium (Li) and aluminum (Al) deposited on the surface of the film 2, and is, for example, a vibrating film thickness meter using a crystal oscillator. Further, the current measuring meter 18 is used to measure the amount of ions 16 of an inert gas or oxygen gas (O2) irradiated onto the base material 12, and is used to measure the amount of ions 16 of an inert gas or oxygen gas (O2) irradiated onto the base material 12. This is an ion beam current measuring meter with a cup-shaped structure.

【0014】なお、イオン源15に供給されてイオン1
6として基材12に照射する不活性ガスとしては、ヘリ
ウム(He),ネオン(Ne),アルゴン(Ar),ク
リプトン(Kr),キセノン(Xe)の少なくとも1種
類以上からなるなるものである。このような構成の装置
において、ステンレス材(SUS316 )からなる基
材12をホルダ11に固定した後、リチウム(Li)と
アルミニウム(Al)とを蒸発物質14,24として蒸
発源13,23に配置して真空装置の内部を5×10−
6〔Torr〕以下の高真空に保持する。そして、蒸発
源13,23を電子ビームで加熱して蒸発物質14,2
4を基材12の表面に真空蒸着すると同時に、酸素ガス
(O2)をイオン源15に供給してイオン16として2
0 KeV  の照射エネルギーで照射し、基材12の
表面に蒸発物質14,24すなわちリチウム(Li),
アルミニウム(Al)と酸素(O)との混合物からなる
LiAlO2薄膜を厚さ5〔μm〕形成して高耐腐食性
材料としたものである。
Note that ions 1 are supplied to the ion source 15.
The inert gas 6 irradiated onto the base material 12 is made of at least one of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe). In an apparatus having such a configuration, after fixing the base material 12 made of stainless steel material (SUS316) to the holder 11, lithium (Li) and aluminum (Al) are placed as evaporation substances 14 and 24 in the evaporation sources 13 and 23. and the inside of the vacuum device to 5×10−
Maintain a high vacuum of 6 Torr or less. Then, the evaporation sources 13 and 23 are heated with an electron beam to form the evaporation substances 14 and 2.
At the same time, oxygen gas (O2) is supplied to the ion source 15 to produce 2 as ions 16.
Irradiation is performed with an irradiation energy of 0 KeV to form evaporated substances 14, 24, ie, lithium (Li), on the surface of the base material 12.
A LiAlO2 thin film made of a mixture of aluminum (Al) and oxygen (O) was formed to a thickness of 5 [μm] to provide a highly corrosion-resistant material.

【0015】このとき、蒸発源13,23の加熱温度を
調節することにより、各蒸発物質14,24すなわちリ
チウム(Li)とアルミニウム(Al)との蒸発量を適
宜調整することができる。なお、LiAlO2薄膜の形
成中は、膜厚計17および電流測定計18により、基材
12に到達するリチウム(Li)またはアルミニウム(
Al)からなる蒸発物質14,24の粒子数とイオン1
6の粒子数とを常時測定・監視するとともに、その値が
所定の値にコントロールされる。
At this time, by adjusting the heating temperature of the evaporation sources 13 and 23, the amount of evaporation of each evaporation substance 14 and 24, that is, lithium (Li) and aluminum (Al), can be adjusted as appropriate. During the formation of the LiAlO2 thin film, the thickness meter 17 and current meter 18 measure the amount of lithium (Li) or aluminum (
Number of particles and ions 1 of evaporated substances 14 and 24 consisting of Al)
The number of particles of 6 is constantly measured and monitored, and the value is controlled to a predetermined value.

【0016】さらに、この第1の実施例では、二つ設け
た蒸発源13,23にリチウム(Li)およびアルミニ
ウム(Al)からなる蒸発物質14,24を配置させ、
各蒸発物質14,24を個別に真空蒸着する例を説明し
たが、一つの蒸発源13の中に所定の比率で作られたリ
チウム−アルミニウム合金(Li−Al 合金)を配置
させて真空蒸着するようにしてもよい。
Furthermore, in this first embodiment, evaporation substances 14 and 24 made of lithium (Li) and aluminum (Al) are arranged in two evaporation sources 13 and 23,
Although an example has been described in which the evaporation substances 14 and 24 are individually vacuum evaporated, a lithium-aluminum alloy (Li-Al alloy) made at a predetermined ratio is placed in one evaporation source 13 and vacuum evaporated. You can do it like this.

【0017】なお、イオン源15に供給する酸素ガス(
O2)をアルゴン等の不活性ガスに置換すると、LiA
lO2薄膜に換えてLiAl合金薄膜を形成することが
できる。つぎに、溶融炭酸塩燃料電池用の高耐腐食性材
料の第2の実施例を図2に基づいて説明する。図2は、
真空アーク放電蒸着法により基材の表面に各種薄膜を形
成する真空アーク放電型蒸着装置と呼ばれている装置の
概略構成図である。
Note that the oxygen gas (
When O2) is replaced with an inert gas such as argon, LiA
A LiAl alloy thin film can be formed instead of the lO2 thin film. Next, a second example of a highly corrosion-resistant material for a molten carbonate fuel cell will be described with reference to FIG. Figure 2 shows
1 is a schematic configuration diagram of an apparatus called a vacuum arc discharge type deposition apparatus that forms various thin films on the surface of a base material by a vacuum arc discharge deposition method.

【0018】この真空アーク放電型蒸着装置は、各種ガ
スを導入するガス導入部1aと真空ポンプ(図示せず)
を接続する真空排気部1bとを設けた真空装置1の内部
の一方にリチウム(Li)とアルミニウム(Al)とか
らなる二つの電極2,32を設け、内部の他方にホルダ
3を設けて表面を電極2,32に対向するようにして基
材4を支持配置する。
This vacuum arc discharge type vapor deposition apparatus includes a gas introduction section 1a for introducing various gases and a vacuum pump (not shown).
Two electrodes 2 and 32 made of lithium (Li) and aluminum (Al) are provided on one side of the vacuum device 1, which is provided with a vacuum evacuation section 1b that connects the The base material 4 is supported and arranged so as to face the electrodes 2 and 32.

【0019】そして、真空装置1が陽極となり各電極2
,32が陰極となるように、トリガー5a,35bを有
するアーク電源5,35が接続され、真空装置1と電極
2との間に直流電圧を印加できるようにするとともに、
基材4にはホルダ3を介して負のバイアス電圧を印加す
るバイアス電源6が接続されている。このような構成の
真空アーク放電型蒸着装置において、真空装置1の真空
排気部1bから真空ポンプ(図示せず)で排気して真空
装置1の内部を5×10−6〔Torr〕に保持した後
、ガス導入部1aよりArからなる不活性ガスを1〔m
Torr 〕導入した後、アーク電源5,35で真空装
置1と電極2,32との間に50〔A〕のアーク電流を
流してアーク放電させ、各電極2,32の金属すなわち
リチウム(Li)およびアルミニウム(Al)の金属イ
オンMおよび金属イオンM′と電子eとのプラズマを発
生させる。
Then, the vacuum device 1 becomes an anode, and each electrode 2
, 32 serve as cathodes, the arc power sources 5 and 35 having triggers 5a and 35b are connected so that a DC voltage can be applied between the vacuum device 1 and the electrode 2, and
A bias power supply 6 that applies a negative bias voltage is connected to the base material 4 via the holder 3 . In the vacuum arc discharge type deposition apparatus having such a configuration, the inside of the vacuum apparatus 1 was maintained at 5×10-6 [Torr] by evacuating the vacuum pump (not shown) from the evacuation part 1b of the vacuum apparatus 1. After that, inert gas consisting of Ar is supplied from the gas introduction part 1a to 1 [m].
[Torr] After the introduction, an arc current of 50 [A] is caused to flow between the vacuum device 1 and the electrodes 2, 32 using the arc power supplies 5, 35 to cause arc discharge, and the metal of each electrode 2, 32, that is, lithium (Li) Then, a plasma of aluminum (Al) metal ions M and metal ions M' and electrons e is generated.

【0020】そして、真空装置1よりも負の100〔V
〕のバイアス電圧をホルダ3を介してバイアス電源6で
基材4に印加し、リチウム(Li)の金属イオンMとア
ルミニウム(Al)のプラズマの金属イオンM′とを基
材4に向けて加速し、基材4の表面にリチウム(Li)
の金属イオンMとアルミニウム(Al)の金属イオンM
′とを付着させ、リチウム(Li)とアルミニウム(A
l)とからなるLiAl合金薄膜を厚さ5〔μm〕形成
して高耐腐食性材料としたものである。
[0020] Then, 100 [V] which is more negative than the vacuum device 1
] is applied to the base material 4 by the bias power supply 6 via the holder 3, and lithium (Li) metal ions M and aluminum (Al) plasma metal ions M' are accelerated toward the base material 4. lithium (Li) on the surface of the base material 4.
metal ion M and aluminum (Al) metal ion M
', lithium (Li) and aluminum (A
A highly corrosion-resistant material is obtained by forming a LiAl alloy thin film consisting of (1) to a thickness of 5 [μm].

【0021】このとき、各アーク電源5,35によるア
ーク電流やバイアス電圧を調節することにより、リチウ
ム(Li)の金属イオンMとアルミニウム(Al)の金
属イオンM′との発生量すなわち各電極2,32の蒸発
量を適宜調整することができ、形成されるLiAl合金
薄膜のリチウム(Li)とアルミニウム(Al)との比
率を変更することができる。
At this time, by adjusting the arc current and bias voltage of each arc power source 5, 35, the amount of lithium (Li) metal ions M and aluminum (Al) metal ions M' generated, that is, the amount of each electrode 2 , 32 can be adjusted as appropriate, and the ratio of lithium (Li) to aluminum (Al) in the formed LiAl alloy thin film can be changed.

【0022】なお、この第2の実施例では、リチウム(
Li)およびアルミニウム(Al)からなる二つの電極
2,32とアーク電源5,35とを設け、電極2のリチ
ウム(Li)の金属イオンMと電極32のアルミニウム
(Al)の金属イオンM′とを個別に真空アーク放電蒸
着する例を説明したが、所定の比率で作られたリチウム
−アルミニウム合金(Li−Al 合金)からなる電極
2のみを配置し、アーク放電によりリチウム(Li)の
金属イオンMとアルミニウム(Al)の金属イオンM′
とを同時に発生させ、リチウム(Li)とアルミニウム
(Al)とからなるLiAl合金薄膜を形成してもよい
Note that in this second embodiment, lithium (
Two electrodes 2, 32 made of Li) and aluminum (Al) and an arc power source 5, 35 are provided, and metal ions M of lithium (Li) in the electrode 2 and metal ions M' of aluminum (Al) in the electrode 32 are provided. Although we have explained an example in which lithium (Li) metal ions are individually deposited by vacuum arc discharge, only the electrode 2 made of lithium-aluminum alloy (Li-Al alloy) made at a predetermined ratio is arranged, and lithium (Li) metal ions are deposited by arc discharge. M and aluminum (Al) metal ion M'
may be generated simultaneously to form a LiAl alloy thin film consisting of lithium (Li) and aluminum (Al).

【0023】このようにして得られた各実施例と、従来
から耐腐食性金属材料として用いられているステンレス
材(SUS316L),真空蒸着法により表面にアルミ
ニウム(Al)薄膜を形成したステンレス材(SUS3
16L)とを、「ステンレス鋼のアノード分極曲線測定
方法(JIS  G  0579(1983))」によ
り腐食試験を行い、自然電位値(Ecorr)と活性化
速度値(自然電位値(Ecorr)から活性電位(Ea
ct.)に達するまでの腐食速度)とを測定するととも
に、腐食試験後の各構成材料の断面観察と断面の組成分
析とを走査型電子顕微鏡(SEM)と波長分散型X線分
析装置とにより行った。
[0023] Examples obtained in this manner, stainless steel material (SUS316L) conventionally used as a corrosion-resistant metal material, and stainless steel material (SUS316L) with a thin aluminum (Al) film formed on the surface by vacuum evaporation method. SUS3
16L) was subjected to a corrosion test according to the "Method for Measuring Stainless Steel Anode Polarization Curves (JIS G 0579 (1983))", and the activation potential was determined from the natural potential value (Ecorr) and activation rate value (self-potential value (Ecorr)). (Ea
ct. In addition to measuring the corrosion rate until the corrosion rate reached .

【0024】その結果、従来から耐腐食性金属して用い
られているステンレス材(SUS316L),真空蒸着
法により表面にアルミニウム(Al)薄膜を形成したス
テンレス材(SUS316L)に比べて、実施例は自然
電位値(Ecorr)が高く、活性化速度も遅いことか
ら耐腐食性に優れていることが確認された。また、腐食
試験後の各構成材料の断面観察および断面の組成分析で
は、各実施例は、表面に形成したLiAl合金薄膜およ
びLiAlO2薄膜で腐食の進行が止まっているの対し
、従来の耐腐食性材料は基材内部の奥深くまで腐食が進
行していた。
As a result, compared to the stainless steel material (SUS316L) conventionally used as a corrosion-resistant metal, and the stainless steel material (SUS316L) on which a thin aluminum (Al) film was formed on the surface by vacuum evaporation, the embodiment It was confirmed that the material has excellent corrosion resistance because of its high self-potential value (Ecorr) and slow activation rate. In addition, cross-sectional observation and cross-sectional composition analysis of each constituent material after the corrosion test revealed that in each example, the progress of corrosion was stopped by the LiAl alloy thin film and LiAlO2 thin film formed on the surface, whereas the conventional corrosion resistance Corrosion had progressed deep into the base material.

【0025】さらに、各実施例について不働態が破壊す
るまでの電力消費量を測定した結果、電力消費量がすべ
て高い値を示し、不働態の強度が高いことが確認された
。以上のように、各方法により基材12,4の表面に設
けたLiAl合金薄膜またはLiAlO2薄膜が、通常
の金属の状態よりも貴金属性をおびた状態である不働態
(passivity またはpassive sta
te)として作用することにより、基材12,4の表面
で局部電池の作用による腐食電流を流れ難くするので、
高温度の溶融炭酸塩に長時間さらされて使用しても高い
耐腐食特性を示すことが分かる。
Furthermore, as a result of measuring the power consumption until the passive state was destroyed for each of the examples, it was confirmed that the power consumption was all high, and the strength of the passive state was high. As described above, the LiAl alloy thin film or LiAlO2 thin film provided on the surfaces of the base materials 12 and 4 by each method is in a passive state, which is a state with more noble metal properties than the normal metal state.
te), it makes it difficult for corrosion current to flow due to the action of local batteries on the surfaces of the base materials 12 and 4.
It can be seen that it exhibits high corrosion resistance even after being exposed to high-temperature molten carbonate for a long time.

【0026】なお、IVD法(Ion Vapor D
eposition法)により高耐腐食性材料の薄膜を
形成する装置(図1)および真空アーク放電型蒸着装置
(図2)は、低温度かつ高真空度の条件でLiAlO2
薄膜およびLiAl合金薄膜を形成することができるの
で、基材12,4の材質が限定されることもなく、不純
物の混入も避けることができる。
[0026] Furthermore, the IVD method (Ion Vapor D
The equipment (Fig. 1) that forms thin films of highly corrosion-resistant materials by the deposition method (Fig.
Since a thin film and a LiAl alloy thin film can be formed, the materials of the base materials 12 and 4 are not limited, and contamination with impurities can be avoided.

【0027】特に、真空アーク放電型蒸着装置(図2)
は、LiAl合金薄膜を形成させるために必要な時間が
短く、かつ金属材料の電極を蒸発源として用いるので、
複数の電極を用いて金属薄膜の形成を行うことができ、
複雑な形状や表面積の大きい基材4にも対応することが
でき、生産性をより一層高めることが可能である。
In particular, vacuum arc discharge type deposition equipment (FIG. 2)
Since the time required to form a LiAl alloy thin film is short and a metal material electrode is used as an evaporation source,
A thin metal film can be formed using multiple electrodes,
It is possible to handle base materials 4 with complex shapes and large surface areas, and it is possible to further improve productivity.

【0028】[0028]

【発明の効果】この発明の溶融炭酸塩燃料電池用の高耐
腐食性材料は、基材の表面に設けたLiAl合金薄膜ま
たはLiAlO2薄膜が、通常の金属の状態よりも貴金
属性をおびた状態である不働態(passivityま
たはpassive state)として作用すること
により、基材の表面で局部電池の作用による腐食電流を
流れ難くするので、高温度の溶融炭酸塩に長時間さらさ
れて使用しても高い耐腐食特性を示す。
Effects of the Invention The highly corrosion-resistant material for molten carbonate fuel cells of the present invention has a state in which the LiAl alloy thin film or LiAlO2 thin film provided on the surface of the base material has more noble metal properties than the normal metal state. By acting as a passivity or passive state, it makes it difficult for corrosion current due to the action of local batteries to flow on the surface of the base material, so it can be used even if exposed to high temperature molten carbonate for a long time. Shows high corrosion resistance properties.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】IVD法により薄膜を形成する装置の概略構成
図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for forming a thin film by an IVD method.

【図2】真空アーク放電型蒸着装置の概略構成図である
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a vacuum arc discharge type deposition apparatus.

【図3】溶融炭酸塩燃料電池の構造を説明する概略図で
ある。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the structure of a molten carbonate fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1          真空装置 2,32    電極 4          基材 5,35    アーク電源 6          バイアス電源 M          リチウム(Li)の金属イオン
M′        アルミニウム(Al)の金属イオ
ンe          電子 12        基材 14,24  蒸発物質 16      イオン
1 Vacuum device 2, 32 Electrode 4 Base material 5, 35 Arc power source 6 Bias power source M Lithium (Li) metal ion M' Aluminum (Al) metal ion e Electron 12 Base material 14, 24 Evaporated substance 16 Ion

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基材の表面にLiAl合金薄膜またはLi
AlO2薄膜を設けた溶融炭酸塩燃料電池用の高耐腐食
性材料。
Claim 1: LiAl alloy thin film or Li
Highly corrosion resistant material for molten carbonate fuel cells with AlO2 thin film.
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