[发明专利]不锈钢材、结构构件、单电池和燃料电池堆

说明书

一种不锈钢材，其具备由铁素体系不锈钢形成的基材、在基材的表面形成的Cr氧化物层以及在Cr氧化物层的表面形成的尖晶石型氧化物层，基材的化学组成满足[16.0≤Cr+3×Mo‑2.5×B‑17×C‑3×Si≤35.0]，Cr氧化物层的厚度(T_Cr)和尖晶石型氧化物层的厚度(T_S)满足[0.5≤T_Cr/T_S≤6.7]，在基材中含有析出物，所述析出物含有选自下述中的1种以上：M₂₃C₆、M₂B、以M₂B作为析出核并在其表面析出有M₂₃C₆的复合析出物、以及以NbC作为析出核并在其表面析出有M₂₃C₆的复合析出物，析出物的一部分从Cr氧化物层的表面突出。

技术领域

本发明涉及不锈钢材、结构构件、单电池和燃料电池堆。需要说明的是，这里所说的燃料电池是指固体氧化物型燃料电池。结构构件包括分隔件(也称为互连件。)和单电池芯材。

背景技术

燃料电池是利用氢和氧来产生直流电流的电池，大致分为固体氧化物型、熔融碳酸盐型、磷酸型和固体高分子型。各自的形式来源于电解质部分的构成材料。

这些当中，目前到达商用阶段的是在200℃附近工作的磷酸型和在650℃附近工作的熔融碳酸盐型。近年来，在室温附近工作的固体高分子型和在600℃以上工作的固体氧化物型作为汽车搭载用电源、企业用或家用的分散型电源而受到关注。

固体氧化物型燃料电池的结构形式有圆筒型、平板型和平板圆筒型等。关于电解质的组成，正在进行用于降低工作温度的研究。例如有报道称氧化钪稳定化氧化锆(scandia-stabilized zirconia：SSZ)系电解质在约650℃下工作，掺氧化钆的氧化铈(gadolinia-doped ceria：CGO)系电解质在约450℃下工作。

这些电解质的工作温度与现有的氧化锆基的电解质、例如氧化钇稳定化氧化锆(yttria-stabilized zirconia:YSZ)的工作温度的约1000℃相比，明显较低。为了与工作温度在1000℃附近的现有型区别，将其称为中温区域工作型的固体氧化物型燃料电池(Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells、简写为IT-SOFCs)。

为了可在更低温下工作，还在进行电解质的厚度的薄化，作为形成方法，开发了丝网印刷法、流延成型法、真空注浆成型法、电泳沉积法、压延成型法、喷雾热分解法、溅射和等离子喷涂法等。

要想使用薄的电解质膜，具有所需的韧性的燃料电池用结构构件是必要的。具体而言，已开始应用高合金钢材或奥氏体系不锈钢材。进而，随着工作温度的降低，也已开始应用与电解质部的陶瓷的热膨胀差更小的铁素体系不锈钢材。

作为固体氧化物型燃料电池的结构构件使用的钢材要求在工作温度区域长期具有良好的抗氧化性和导电性(45mΩ·cm²以下)，以及在具有与陶瓷类的固体氧化物同等的热膨胀系数(在室温～800℃下为13×10^-6(1/K)左右)的基础上还具有频繁重复进行启动停止时的耐热疲劳特性和耐氧化皮剥离性能。

迄今，有各种不锈钢材作为燃料电池用结构构件应用。

例如专利文献1中公开了固体氧化物燃料单电池和固体氧化物燃料单电池的制造方法，其利用金属基板，使得基于烧结的陶瓷电解质膜的制造成为可能，且避免使用脆性密封材料的必要。

专利文献2中公开了一种特别是对于制造包括固体氧化物型燃料电池(SOFC)在内的高温和中温区域工作的燃料电池、以及在450～650℃的范围工作的金属支撑型中温区域工作的SOFC是有效的，在陶瓷膜的陶瓷或金属表面上沉积特别是铈钆氧化物(CGO)这种稳定化氧化锆和掺杂氧化铈的膜等亚微米厚度的陶瓷膜的沉积方法。