Protective coatings for metallic interconnects in solid oxide fuel cells technology. An investigation on mixed oxide ceramic materials
Author(s)
Masi, Andrea
Date Issued
July 13, 2017
Type
Doctoral Thesis
Abstract
Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) are electrochemical devices characterized by high
e ciency and fuel exibility, and represent a suitable technology for the clean utilisation
of fossil fuels. However, to achieve commercialization, corrosion issues giving
rise to long term performance decay must be faced: in particular, the degradation
of the metallic interconnects must be overcome through the deposition of ceramic
protective coatings. Aim of this thesis is the development of cost-e ective and
environmental friendly methods for the synthesis of coating materials and for the
production of coating layers.
The High Energy Ball Milling technique has been applied to metal oxides mixtures,
verifying its e ectiveness in the production of nanostructured mixed Mn-Co
spinel powders. The in uence of the composition on their chemico-physical properties
has been studied to further optimize the materials for the application, assessing
the advantages induced by a multiple compositional doping approach.
A novel molten carbonate dip-coating passivation method, suitable to produce
dense La-Fe perovskite based coatings on stainless steels, has been successfully applied
on SOFC interconnects alloys. The identi cation of opportune galvanic coupling
phenomena occurring in the molten bath has allowed to further tune the
process, resulting in the production of metal decorated composite structures. The
stability of the obtained coatings has been assessed by means of high temperature
oxidation experiments.
Le celle a combustibile (SOFC) sono dispositivi elettrochimici caratterizzati da alta
e cienza e essibilità nel carburante, promettenti per uno sfruttamento pulito dei
combustibili fossili. Per raggiungere la commercializzazione devono essere tuttavia
a rontati problemi di stabilità: in particolare, la corrosione delle interconnessioni
metalliche deve essere evitata attraverso la deposizione di ricoprimenti ceramici protettivi.
Lo scopo di questa tesi è lo sviluppo di metodologie economiche e ecologiche
per la sintesi di materiali per ricoprimenti e per la deposizione di ricoprimenti protettivi.
La tecnica di High Energy Ball Milling è stata applicata a miscele di ossidi
metallici, producendo polveri di spinelli Mn-Co nanostrutturate. L'in uenza della
composizione sulle proprietà chimico- siche è stata studiata per ottimizzare il materiale
per l'applicazione, veri cando i vantaggi di un doping composizionale multiplo.
Un innovativo metodo di passivazione in carbonati fusi, atto a produrre ricoprimenti
densi di perovskite La-Fe su acciai inossidabili, è stato qui applicato con
successo su leghe utilizzate nelle SOFC. L'individuazione di opportuni fenomeni di
accoppiamento galvanico instauratisi nei bagni ha permesso di modulare addizionalmente
il processo, con la produzione di strutture composite metallo-ossido. La
stabilità dei ricoprimenti ottenuti è stata studiante attraverso esperimenti di ossidazione
ad alta temperatura.
Additional information
Dottorato di ricerca in Ecosistemi e sistemi produttivi
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Size
43.71 MB
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