Page 8 - Zmist-n2-2015

Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 2. – Physicochemical Mechanics of Materials

УДК 539.4.015:669
ВПЛИВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ СЕРЕДОВИЩ НА МЕХАНІЧНІ І ФІЗИЧНІ
ВЛАСТИВОСТІ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ПАЛИВНИХ КОМІРОК
1 1 2
А. Д. ІВАСИШИН , О. П. ОСТАШ , Т. О. ПРІХНА ,
1
2
В. Я. ПОДГУРСЬКА , Т. В. БАСЮК
1
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів;
2
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, Київ
Досліджено вплив технологічних середовищ твердооксидних паливних комірок (ТОПК)
на механічні і фізичні властивості сплаву Crofer JDA і матеріалів на основі МАХ-фази
типу Ti 3 AlC 2 . Встановлено, що матеріали Ti 3 AlC 2 і Ti 3 AlC 2 –Nb з поруватістю 1% ма-
ють сумірну зі сплавом Crofer JDA електропровідність, однак, вищі міцність і жаро-
стійкість та нижчу густину. Тому їх можна рекомендувати для виготовлення інтер-
конектів ТОПК.
Ключові слова: твердооксидна паливна комірка, інтерконект, МАХ-фаза, висока
температура, водень, електропровідність, міцність, жаростійкість.
Твердооксидна паливна комірка (ТОПК), робота якої полягає у прямому пе-
ретворенні енергії хімічної реакції в електричну, є високоефективним і екологіч-
но чистим джерелом енергії. Коефіцієнт її корисної дії становить 40…55% [1]. За
конструкційними особливостями ТОПК поділяють на трубчасті і плоскі. Останні
перспективніші, оскільки продуктивніші і простіші у виготовленні [2]. Вони скла-
даються з набору елементарних паливних комірок (пластин із шарами анода,
твердого електроліту і катода), з’єднаних між собою інтерконектами (рис. 1).
Інтерконект має багатофункціональне призначення. Як каркас, в якому вмон-
товано елементарну паливну комірку, його використовують для подачі високо-
температурного газового середовища до анода (відновлювального) і катода (окис-
нювального), а також для відведення струму. Тому матеріали для його виготов-
2
лення повинні мати [3, 4]: високі електро- (нижчий, ніж 0,1 Ω×cm поверхневий
–1
–1
питомий опір) і теплопровідність (понад 5 W m ×K ); задовільну мікроструктур-
ну, хімічну і фазову стабільність за температур до 800°С; стійкість до негативно-
го впливу високотемпературного відновнювального і окиснювального середовищ
упродовж всього терміну роботи (понад 40000 h); коефіцієнт термічного розши-
–6 –1
рення, сумірний з матеріалами анода, електроліту і катода (біля 10,5×10 K );
задовільну міцність і опір повзучості за температур до 800°С; низьку густину
(для аерокосмічного і автомобілебудівного призначення); добру оброблюваність
та низьку вартість.
На сьогодні серед найуживаніших матеріалів інтерконектів ТОПК є хромис-
ті феритні сталі типу Crofer з вмістом (wt.%): 0,03 C; 20…24 Сr; 0,3…0,8 Mn;
0,1…0,6 Si; до 0,2 Ti; до 0,2 La; до 0,1 Al, які мають високі значення електро- і
теплопровідності, задовільну жаростійкість і близький до електроліту коефіцієнт
термічного розширення [5]. Основний їх недолік – схильність до утворення лет-
ких сполук CrO 3 і CrO 2(OH) 2 [6], які зумовлюють “забруднення катода”, а отже,
знижують продуктивність ТОПК. Щоб запобігти цьому і знизити швидкість окси-
доутворення, ці сплави додатково легують марганцем, який утворює поверх ок-

Контактна особа: О. П. ОСТАШ, e-mail: ostash@ipm.lviv.ua
7