[发明专利]双极燃料电池板

说明书

技术领域

本发明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：Cr 11-14，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，N＜0.05，C＜0.05，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明还涉及包含根据本发明的双极燃料电池板的质子交换膜(PEM)燃料电池。

背景技术

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。

EP 1 302 556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。

US 5,512,237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。

JP 2012177157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Fe₂M Laves相。

本发明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。

发明内容

上述方面通过本发明实现，本发明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。在本发明中，“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发明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％。