用于燃料电池分隔件的不锈钢制造技术

公开了用于燃料电池分隔件的不锈钢，更具体地，具有低接触电阻的用于燃料电池分隔件的不锈钢。根据本文所公开的用于燃料电池分隔件的不锈钢的一个实施方案，根据ISO 25178标准限定的表面的顶点曲率算术平均值(Ssc)为至少6.0μm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池分隔件的不锈钢


[0001]本公开内容涉及用于燃料电池分隔件的不锈钢，并且更特别地，涉及具有低接触电阻的用于燃料电池分隔件的不锈钢。

技术介绍

[0002]燃料电池具有其中气体扩散层(Gas DiffusionLayer，GDL)和分隔件堆叠在由电解质和电极(即阳极和阴极)形成的膜电极组合件(Membrane Electrode Assembly，MEA)的两侧上的单元电池结构，并且由串联连接的单个单元电池组成的结构被称为燃料电池堆叠体。分隔件与气体扩散层接触，并且在分隔件与气体扩散层之间的界面中产生的接触电阻使燃料电池的性能劣化。
[0003]分隔件的接触电阻主要受两个因素影响。首先，形成在金属分隔件表面上的氧化物层的钝化层影响接触电阻。虽然分隔件由于钝化层而具有高的耐腐蚀性，但作为非导电氧化物层的钝化层使接触电阻增大，并因此优选钝化层尽可能薄。其次，分隔件与气体扩散层之间的接触面积影响接触电阻。分隔件和气体扩散层具有不同的表面粗糙度，并且具有不同表面粗糙度的两种材料之间的实际接触面积显著影响接触电阻。随着分隔件与气体扩散层之间的接触面积增大，接触电阻倾向于降低。随着接触面积减小，接触电阻倾向于增大。
[0004]作为通过控制表面形状来降低接触电阻的尝试，在专利文献1中使用在表面上具有峰的不锈钢分隔件。具体地，根据该文献，优选的是作为表面粗糙度参数，中心线平均表面粗糙度(Ra)，换言之，算术平均表面粗糙度为0.03μm至2μm。
[0005]然而，仅使用为二维(2D)表面参数的中心线平均表面粗糙度的范围难以准确预测分隔件与气体扩散层之间的实际接触面积。因此，虽然不锈钢具有类似于专利文献1的平均粗糙度的平均粗糙度范围，但接触电阻可能不同，并因此可能存在难以预测接触电阻的变化的问题。因此，为了实现能够使分隔件与气体扩散层之间的实际接触面积最大化的表面形状，需要开发新的表面参数以控制表面形状。
[0006](专利文献0001)日本专利特许公开第2002
‑
270196号(于2002年9月20日公布)。

技术实现思路

[0007]技术问题
[0008]为了解决上述问题，通过实现能够使气体扩散层与分隔件之间的实际接触面积最大化的表面形状而提供了具有低接触电阻的用于燃料电池分隔件的不锈钢。
[0009]技术方案
[0010]根据为了实现上述目的的本公开内容的一个方面，提供了用于燃料电池分隔件的不锈钢，其中根据ISO 25178标准限定的表面的顶点曲率算术平均值(Ssc)为至少6.0μm
‑1，均方根表面斜率(Sdq)为至少23，以及接触电阻为至多10mΩ
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cm2。
[0011]此外，在用于燃料电池分隔件的不锈钢中，不锈钢可以为以重量百分比(重量％)
计包含以下成分的铁素体不锈钢：至多0.02％的C、至多0.02％的N、15％至35％的Cr、至多0.03％的C+N、以及余量中的Fe和其他不可避免的杂质。此外，铁素体不锈钢还可以以重量百分比(重量％)计包含以下中的至少一者：至多0.4％的Si，至多0.2％的Mn，至多2％的Cu，以及至多1.0％的Ti、Nb和V之和。
[0012]此外，在用于燃料电池分隔件的不锈钢中，不锈钢可以为以重量百分比(重量％)计包含以下成分的奥氏体不锈钢：至多0.09％的C、15％至30％的Cr、7％至15％的Ni、以及余量中的Fe和其他不可避免的杂质。此外，奥氏体不锈钢还可以以重量百分比(重量％)计包含以下中的至少一者：至多2.5％的Si，至多3％的Mn，至多3％的Mo，至多0.3％的N，以及至多1.0％的Ti、Nb和V之和。
[0013]此外，在用于燃料电池分隔件的不锈钢中，钝化层的厚度可以为至多3nm。
[0014]根据为了实现上述目的的本公开内容的另一个方面，用于制造用于燃料电池分隔件的不锈钢的方法包括：将冷轧不锈钢板浸入硫酸溶液中，在0.16A/cm2至0.48A/cm2的电流密度下进行一次电解以及在0.03A/cm2至0.08A/cm2的电流密度下进行二次电解，以及将不锈钢板浸入混合酸溶液中以制备不锈钢，其中根据ISO 25178标准限定的表面的顶点曲率算术平均值(Ssc)为至少6.0μm
‑1，均方根表面斜率(Sdq)为至少23，以及接触电阻为至多10mΩ
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cm2。
[0015]此外，在用于制造用于燃料电池分隔件的不锈钢的方法中，所述方法还可以包括在进行一次电解和二次电解之前，在450℃至550℃的温度下进行热处理30秒或更长。
[0016]有益效果
[0017]根据本公开内容，通过控制为3D表面参数的Ssc值和Sdq值来代替为2D表面参数的平均表面粗糙度，可以增大分隔件与气体扩散层之间的实际接触面积，并因此，可以有效地降低分隔件的接触电阻。
[0018]根据本公开内容，可以在未进行昂贵的涂覆过程等的情况下制造具有低接触电阻的燃料电池分隔件。
附图说明
[0019]图1是示出基于表2的结果的Ssc值与接触电阻之间的关系的图。
[0020]图2是示出基于表2的结果的Sdq值与接触电阻之间的关系的图。
[0021]图3示出了比较例3的不锈钢的表面形状的3D分析结果，以及图4示出了专利技术例7的不锈钢的表面形状的3D分析结果。
具体实施方式
[0022]在根据本公开内容的一个实施方案的用于燃料电池分隔件的不锈钢中，根据ISO 25178标准限定的表面的顶点曲率算术平均值Ssc为至少6.0μm
‑1，均方根表面斜率Sdq为至少23，以及接触电阻为至多10mΩ
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cm2。
[0023]专利技术实施方式
[0024]在下文中，将参照附图详细描述本公开内容的实施方案。然而，本公开内容的实施方案可以以许多不同的形式实施并且不应被理解为限于本文所阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案使得本公开内容将是详尽且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达
本专利技术的构思。
[0025]此外，本文使用的术语仅用于描述特定的实施方案。除非另有说明，否则以单数使用的表达包括复数表达。在整个说明书中，诸如“包含”或“具有”的术语旨在表明存在说明书中所公开的特征、操作、功能、组成要素或其组合，并不旨在排除可能存在或可能添加一个或更多个其他特征、操作、功能、组成要素或其组合的可能性。
[0026]同时，除非另外限定，否则本文所使用的所有术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。因此，这些术语不应以理想化或过于形式的意义来解释，除非本文明确地如此限定。如本文中所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式旨在也包括复数形式。
[0027]整个说明书中使用的术语“约”、“基本上”等意指当提出自然制造和物质可允许误差时，这样的可允许误差对应于该值或类似于该值，并且这样的值旨在为了清楚地理解本专利技术或为了防止无意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃料电池分隔件的不锈钢，其中根据ISO 25178标准限定的表面的顶点曲率算术平均值(Ssc)为至少6.0μm
‑1，均方根表面斜率(Sdq)为至少23，以及接触电阻为至多10mΩ
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cm2。2.根据权利要求1所述的不锈钢，其中所述不锈钢为以重量百分比(重量％)计包含以下成分的铁素体不锈钢：至多0.02％的C、至多0.02％的N、15％至35％的Cr、至多0.03％的C+N、以及余量中的Fe和其他不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的不锈钢，其中所述铁素体不锈钢还以重量百分比(重量％)计包含以下中的至少一者：至多0.4％的Si，至多0.2％的Mn，至多2％的Cu，以及至多1.0％的Ti、Nb和V之和。4.根据权利要求1所述的不锈钢，其中所述不锈钢为以重量百分比(重量％)计包含以下成分的奥氏体不锈钢：至多0.09％的C、1...

【专利技术属性】
技术研发人员：金光珉，金容镐，徐辅晟，金东勋，
申请(专利权)人：浦项股份有限公司，
类型：发明
国别省市：