Abstract Introduction: The molten carbonate fuel cell operates at 650° C. Consist of a NiO porous lithiated cathode, an cast eutectic mixture of lithium carbonate (Li2CO3) and potassium carbonate (K2CO3) in an electrolytic matrix of aluminum oxide lithiated (LiAlO2) and a porous Ni anode. Unfortunately in separator plates between each cell corrosion problems are presented. Before that, an AISI 310S stainless Steel coating was studied in terms of a separator plate in a MCFC. Method: AISI 310S stainless steel was used as substrate (sample A), applying an Al coating with (B) and without heat treatment (C). They were exposed in molten carbonate (Li2CO3 62 mol% -38 mol% K2CO3) at 650° C in alumina crucibles. Electrochemical behavior was studied with Electrochemical Impedance Spectroscopy technique. For analysis of the impedance diagrams, the simulation software "Equivalent Circuit Boukamp" was used. The cross section of the corroded samples were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and the products formed by X-ray Diffraction (XRD). Results: EIS diagrams show increases and decreases in the semicircles formed at high frequencies indicative of dissolution of the outer layer, increase and decrease of the resistance of the latter as well as the possible breakage of it. XRD technique presented phases LiFeO2, LiCrO2, γ-LiAlO2 and α-LiAlO2, and intermetallic phases for different sample conditions. Similarly, the SEM analysis showed the thicknesses of each of the layers formed. Discussion or Conclusion: In the sample A, LiCrO2 and LiFeO2 layers were formed after 200 hours of exposure. LiCrO2 layer increases by Li diffusion inward and outward Cr. In the samples B and C, the LiAlO2 phase was found in the outer layer. In the sample B, LiAlO2 layer is very thin and heterogeneous, indicating what may be susceptible to the electrolyte. Furthermore, the layer that has forme don the simple C has been thicker. The effect of heat treatment, aimed at the diffusion of Al into the interior, has been acceptable. The coating application is an alternative to extend the shelf life of these materials.
Resumen Introducción: La celda de combustible de carbonatos fundidos (MCFC, por sus siglas en inglés) convencional opera a 650°C. Consiste de un cátodo de NiO poroso y litiado, una mezcla eutéctica de carbonato de litio (Li2CO3) y carbonato de potasio (K2CO3) fundido en una matriz electrolitica de óxido de aluminio litiado (LiAlO2) y un ánodo poroso de Ni. Los platos separadores entre cada celda presentan problemas de corrosión. Ante eso, un acero inoxidable AISI 310S con recubrimiento fue estudiado en condiciones de un plato separador en una MCFC. Método: Se utilizó un acero inoxidable AISI 310S como sustrato (muestra A), aplicándole un recubrimiento de Al con (B) y sin tratamiento térmico (C). Fueron expuestos en carbonatos fundidos (62 mol% Li2CO3 -38 mol% K2CO3) a 650 °C en crisoles de alúmina. El comportamiento electroquímico fue estudiado mediante la técnica de Espectroscopía de Impedancia Electroquimica (EIS). Para el análisis de los diagramas de impedancia, se utilizó el software de simulación “Boukamp Equivalent Circuit”. La sección transversal de las muestras corroídas fue caracterizada mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM, por sus siglas en inglés)) y los productos formados por Difracción de rayos X (XRD, por sus siglas en inglés)). Resultados: Los diagramas de EIS presentan aumentos y disminuciones en los semicírculos formados a altas frecuencias indicativo de disolución de la capa externa, aumento y disminución de la resistencia de esta última así como el posible rompimiento de ella. La técnica de XRD presentó fases LiFeO2, LiCrO2, γ-LiAlO2 y α-LiAlO2 así como fases intermetálicas para las distintas condiciones de la muestra. De la misma manera, los análisis de SEM presentaron los espesores de cada una de las capas formadas. Discusión o Conclusión: En la muestra A, se formaron capas de LiFeO2 y LiCrO2 después de 200 horas de exposición. La capa de LiCrO2 aumenta por la difusión de Li hacia el interior y de Cr hacia el exterior. En la muestra B y C, se ha encontrado la fase LiAlO2 presente en la capa externa. En la muestra B, esta capa de LiAlO2 es muy delgada y además no homogénea y esto indica lo susceptible que puede ser al medio, y la capa que se ha formado en la muestra C ha sido de mayor espesor. El efecto del tratamiento térmico, cuyo objetivo es la difusión del Al hacia el interior, ha sido aceptable. La aplicación del recubrimiento es una alternativa para extender la vida útil de estos materiales.
