SOFC 분리판용 페라이트계 스텐리스강의 면비저항 향상에 관한 연구

Abstract

요 약 문

SOFC 분리판용 페라이트계 스텐리스강의 면비저항 향상에 관한 연구

고온 전도성이 높은 SOFC 금속계 분리판용 신 합금을 개발할 목적으로. STS444와 STS430의 상용 합금에 Co, Mn, Nb과 Ti를 첨가하였다. 그들 합금에 약 0.5~0.8wt. Mn, 약 2wt.% Co , 약 0.5wt.% Nb와 약 0.2 wt.% Ti가 첨가된 8종의 합금이 제조 평가되었다. 합금 첨가원소의 종류와 함량은 표면에 형성되는 산화물의 종류 및 조성과 전도성의 관계를 고려하여 정해졌다. 그 합금들은 표면 산화물 형성을 위하여 800℃의 공기 중에서 각각 500 시간과 1000 시간 산화되었다. 500 시간 산화된 합금 중에서 18Cr-0.8Mn-0Co-0.38Nb-0Ti 합금이 15.80mΩcm2의 가장 낮은 면비저항을 가졌으며, 18Cr-0.5Mn-0Co-0.38Nb-0Ti합금과 18Cr-0.8Mn-0Co-0.875Nb-0.198Ti 합금이 25 ~ 30 mΩcm2 의 면비저항을 가졌다. 그 외의 합금들에서는 면비저항이 50 ~ 65mΩcm2로 높았다. 산화시간이 두 배 경과한 1000시간 후 18Cr-0.8Mn-0Co-0.38Nb-0Ti 합금의 면비저항은 오히려 감소되어 8.15mΩcm2이었으며 8개 합금 중 가장 낮은 값을 나타내었다. 1000시간의 산화에도 불구하고 18Cr-0.5Mn-0Co-0.38Nb-0Ti 합금의 면비저항은 16.30mΩcm2 이었으며 오랜 산화 시간 증가 후에도 면비저항 값에 감소가 보였다. 그 합금들이 STS444와 crofer22보다 우수한 면비저항 값을 나타내었는데 그 이유는 0.5 ~ 0.8 wt.% Mn 함량의 합금 산화물에서 산화가 진행되면서 초기에 Cr2O3와 MnO가 형성되었고 시간의 경과에 따라 전기전도성이 좋은(Cr, Mn, Fe)3O4 스피넬이잘 성장되었기 때문이었다. 또한 (Cr, Mn, Fe)3O4 스피넬 바로 아래 부분에 Cr2O3와 잘 혼합되어 있는 (Mn,Cr)3O4 +Cr2O3 혼합물 층이 있었고 그 밑에 Cr poisoning의 원인이 되는 Cr2O3 층이 얇게 형성되었다. Cr2O3가 표면으로 이동되지 않고 표면층 아래에서 전기전도성이 좋은 (Mn,Cr)3O4 스피넬과 잘 혼합되어 합금 표면에서 Cr의 휘발과 Cr2O3 형성이 억제되었다. 합금의 산화물층의 두께는 1.5로 얇고 균일하게 잘 형성되었으며 모재와 산화층간의 밀착성도 우수하였으므로 그들 합금이 SOFC interconnecter 합금으로 가장 적합하였다.