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自動車用部品・材料


燃料電池用材料
−固体電解質型燃料電池セパレータ材−
概要
燃料電池は、燃料と酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを取り出す発電装置であり、その発電効率の高さと環境への負荷の低さから、次世代の新エネルギーとして期待されています。
燃料電池には数種類ありますが、中でも900〜1000℃の高温で作動する平板型固体電解質型燃料電池は最も高い発電効率が期待できます。
固体電解質型燃料電池のセパレータ材には
（１）導電性を有すること
（２）900〜1000℃の長時間使用に対する耐酸化性を有すること
（３）電解質であるZrO2に近い熱膨張係数を有すること
が要求されます。その候補材料にはセラミックスも挙げられていますが、大型化、低コスト化のためには金属材料が有利です。
当社は上記特性を満足する金属材料の開発に取り組み、固体電解質型燃料電池セパレータ材ZMG232を開発しました。ZMG232はFe-22Crを主成分とし、さらに微量元素を添加したフェライト系合金です。 以下にその特徴を、他の金属系材料と比較します。
内容
(１) 導電性
酸化被膜として導電性を有するCr2O3を形成するため、図1に示すようにセパレータ材として十分な導電性を有します。一方、Al2O3を形成する合金は高い電気抵抗値を示します。

図1　1,000℃×1,000h加熱後の酸化被膜の電気抵抗
1,000℃×1,000h加熱後の酸化被膜の電気抵抗

(2) 熱膨張係数
熱膨張係数はフェライト系であるため図2に示すようにZrO2に近い値を示します。一方、オーステナイト系合金であるAlloy600の熱膨張係数はZrO2よりかなり大きい値を示します。

図2　熱膨張係数
熱膨張係数

(3) 耐酸化性
一般にCr2O3形成のFe基合金は耐酸化性がAl2O3形成合金、あるいはNi基合金より劣るが、ZMG232は微量元素添加により長時間加熱後もNi基合金Alloy600を上回る優れた耐酸化性を有します（図3）。

図3　1,000℃加熱における耐酸化性
1,000℃加熱における耐酸化性
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