双极燃料电池板制造技术

一种不锈钢的双极燃料电池板，其以质量％计含有下述元素：Cr11‑14；Ni；7‑11；Mo 3‑5；Co 0‑2；Cu 0.5‑4；Ti 0.4‑2.5；Mn＜5；Si＜1.5；S＜0.04；Al 0.05‑1.0；N＜0.05；C＜0.05；余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双极燃料电池板
本专利技术涉及一种不锈钢的双极燃料电池板，其以质量％计含有下述元素：Cr11-14，Ni7-11，Mo3-5，Co0-2，Cu0.5-4，Ti0.4-2.5，Mn＜5，Si＜1.5，S＜0.04，Al0.05-1，N＜0.05，C＜0.05，余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术还涉及包含根据本专利技术的双极燃料电池板的质子交换膜(PEM)燃料电池。
技术介绍
不锈钢在现有技术中已经被建议用于双极燃料电池板，并且被认为是有吸引力的，因为其具有大批量生产的能力，成形性，耐腐蚀性以及未涂覆的不锈钢可被以适中成本再循环利用的因素。接触电阻是许多种类的不锈钢的一个缺点，在使用这些种类的不锈钢作为燃料电池板期间，接触电阻会由于燃料板的表面上形成氧化物层而增加。另一方面，表现出改进的接触电阻的不锈钢种类被认为太昂贵，因为需要添加相对大量的昂贵合金元素(例如Ni)，以改进接触电阻。EP1302556公开的不锈钢板由以下组成：12.0-18.0质量％的Cr，4.0-10.0质量％的Ni，0.20质量％或更少的C，1.0-5.0质量％的Si，5质量％或更少的Mn，任选的一种或多种选自至多3.5质量％的Cu，至多5质量％的Mo，至多0.15质量％的N，以及余量的Fe和不可避免的杂质。该不锈钢是奥氏体-马氏体的，并且在多种应用中被建议用作燃料电池隔板，其被用于物理分隔呈堆叠状态的各燃料电池。US5,512,237公开了一种具有高强度和高延展性的沉淀硬化马氏体不锈钢，其以质量％计包含，10-14Cr，7-11，Ni，0.5-6Mo，0-9Co，0.5-4Cu，0.4-1.4Ti，0.05-0.6Al，和不超过0.05的碳和氮，余量为Fe。该材料主要用于医疗，牙科和弹簧应用，以及用于线，棒，条和管的特定产品形式。JP2012177157公开了一种用于燃料电池中、例如固体聚合物型燃料电池中的隔膜的不锈钢，其即使在高电位区域也具有低接触电阻。可以使用任何常规的不锈钢，例如铁素体，奥氏体，马氏体或双相型，其中不锈钢的表面暴露于导电性金属间Fe2MLaves相。本专利技术一个方面是提供一种双极燃料电池板，其包含一种不锈钢，该不锈钢在用作双极燃料电池板时表现出可接受的良好接触电阻和腐蚀性能，并且具有能够以竞争性成本生产的组成。该不锈钢也应具有足够的成形性。附图说明图1为示出被比较的三种不同不锈钢种的电阻率的试验结果的图。图2为示出钢种1的三种不同燃料电池试验的ICR结果的图。
技术实现思路
上述方面通过本专利技术实现，本专利技术提供了不锈钢的双极燃料电池板，所述不锈钢以质量％计包含以下元素：余量为Fe和不可避免的杂质。在本专利技术中，“质量％”和“％”可互换使用。双极燃料电池板是一种燃料电池堆部件，其允许电在堆中的相邻燃料电池膜电极组件之间进行传导。双极燃料电池板通常设计成引导气体和热流进和流出燃料电池。如上文或下文所述的不锈钢将提供将为未涂覆的双极燃料电池板，因此意味着所述不锈钢将形成经受腐蚀介质的双极燃料电池板的外表面，并且对于双极燃料电池板的电阻性能而言将是重要的。如上文或下文所述的不锈钢具有略大于20mOhm·cm2的良好接触电阻电阻率(ICR)，其接近DoE(美国能源部)的推荐值，具有用作双极燃料电池板所需的腐蚀性能(根据DoE的规定腐蚀＜1μA/cm2)，并且具有能够以竞争性成本生产的组成。如上文或下文所述的不锈钢也具有足够的成形性(＞40％伸长时无断裂)。为了完全理解组成对本专利技术的双极燃料电池板的不锈钢的性质的影响，下文单独讨论包含在如上文或下文所述的不锈钢中的所有元素。所有元素含量以质量百分比(质量％)表示。碳(C)是以许多方式影响不锈钢的有力元素。高碳含量将影响变形硬化，即在冷变形时的强度将是高的，由此降低不锈钢的延展性。高碳含量从腐蚀的角度来看也是不利的，因为碳化铬沉淀的风险随着碳含量的增加而增加。因此，碳含量应保持为低的，小于或等于约0.05质量％，例如小于或等于约0.025质量％。硅(Si)是铁素体形成元素，而较高含量也可能降低不锈钢的热加工性能。Si的含量因此应小于或等于约1.5质量％，例如小于或等于约1.0质量％。Si可以小于或等于约0.5质量％，例如Si小于或等于约0.25质量％。锰(Mn)是奥氏体形成元素，并且以与镍类似的方式使得不锈钢在冷变形时不易于发生马氏体转变。根据一个实施方式，锰的范围为约0至约5质量％。根据另一个实施方式，根据本专利技术的不锈钢的锰的最小含量为约0.2质量％。由于不锈钢必须具有用于沉淀硬化的显著的马氏体含量，所以锰含量应该为最大约5质量％，例如最大约3质量％，例如小于或等于约2.5质量％。锰与硫一起将形成易延展的非金属夹杂物，其例如有利于机加工性能。硫(S)是在不锈钢中形成硫化物的元素。从耐腐蚀的角度看，硫化物可能充当不锈钢中的薄弱区域。此外，高含量的硫还可能对热加工性能有害。因此，S的含量应小于约0.04质量％，或甚至小于约0.005质量％。选择根据本专利技术的合金的组成使得合金包含硫化钛。硫化钛可以以TiS或Ti2S的形式存在于不锈钢中。铬(Cr)对于耐腐蚀性是必要的，如上文或下文所述的不锈钢中必须添加的量为至少约11质量％，以在表面上获得钝化性质(passiveproperty)的氧化铬并在使用中保持耐腐蚀性。然而，铬也是一种强的铁素体形成元素，其在含量较高时将抑制变形时的马氏体形成。因此，铬含量必须限制为最大约14质量％，例如最大约13质量％。镍(Ni)添加到如上文或下文所述的不锈钢中作为平衡铁素体形成的元素，以便在退火时获得奥氏体结构。镍也是减轻由冷变形导致的硬化的重要元素，并且还将有助于与诸如钛和铝的元素一起的沉淀硬化。因此，镍的最小含量为约7质量％，例如至少约8质量％。过高的镍含量将限制在变形时马氏体形成的可能性。另外，镍也是昂贵的合金元素。因此，镍的含量最大为约11质量％。钼(Mo)对于如上文或下文所述的不锈钢是必要的，因为它将有助于不锈钢的耐腐蚀性。铝也是沉淀硬化期间的活性元素。因此，最低含量为约3质量％。然而，过高的钼含量会提高铁素体的形成量到可能导致热加工期间出现问题的含量，并且还可能抑制冷变形期间的马氏体形成。此外，过高的钼含量也将对由上文或下文所述的不锈钢制成的燃料电池板的接触电阻产生负面影响。因此，钼的含量最大为约5质量％，例如最大约4.2质量％。钨(W)是可以添加到本不锈钢中的任选元素。关于耐腐蚀性，可以由钨替换钼(Mo)。如果由W代替Mo，则量应为3-5质量％。因此，W的含量最大为约5质量％，例如最大约4.2质量％。铜(Cu)是奥氏体形成元素，并且将与镍一起稳定期望的奥氏体结构。铜也是以中等含量添加的增加延展性的元素。铜可以对由本专利技术的不锈钢制成的燃料电池板的接触电阻具有积极的影响。因此，最低含量为大于或等于约0.5质量％。然而，另一方面，高含量的铜降低了热加工性，这就是为什么铜含量最大至约4质量％，例如最大约3质量％，例如最大约2质量％。钛(Ti)出于许多原因而是本专利技术中的必要合金元素。Nb在碳化物形成、晶间腐蚀和所形成的Cr氧化物的稳定化方面与Ti是相当的。首先，钛用作强沉淀硬化元素，因此必须存在于不锈钢中，以便能够将不锈钢硬化到最终强度。其次，钛将与硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极燃料电池板，其包含以质量百分比计含有下述元素的不锈钢：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.26 EP 14186622.81.一种双极燃料电池板，其包含以质量百分比计含有下述元素的不锈钢：余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的双极燃料电池板，其中，24≤质量％Cr+质量％Mo×4≤32。3.根据权利要求2所述的双极燃料电池板，其中，26≤质量％Cr+质量％Mo×4。4.根据权利要求2-3中任一项所述的双极燃料电池板，其中，质量％Cr+质量％Mo×4≤30。5.根据权利要求1-4中任一项所述的双极燃料电池板，其中，质量％Mo为3至4.2。6.根据权利要求1-5中任一项所述的双极燃料电池板，其中，质量％Cr为11至13。7.根据权利要求1-6中任一项所述的双极燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：安纳·伊韦尔森，安德斯·赫尔，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE