[发明专利]用于聚合物燃料电池隔板的具有改善的亲水性和接触电阻的不锈钢及其制造方法

说明书

公开了用于聚合物燃料电池隔板的具有改善的亲水性和接触电阻的不锈钢及其制造方法。根据本发明的一个实施方案的用于聚合物燃料电池隔板的不锈钢以重量计包含0％(不包括)至0.02％的C、0％(不包括)至0.02％的N、0％(不包括)至0.25％的Si、0％(不包括)至0.2％的Mn、0％(不包括)至0.04％的P、0％(不包括)至0.02％的S、20％至34％的Cr、0％(不包括)至0.6％的V、0％(不包括)至0.5％的Ti、0％(不包括)至0.5％的Nb，以及余量为Fe和不可避免的杂质，并且在相对于轧制纵向方向的倾斜方向上具有形成于其表面上的复数个图案，所述图案中的每一者在所述轧制纵向方向上重复。

技术领域

本公开内容涉及用于聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)隔离件的具有改善的亲水性和接触电阻的不锈钢及其制造方法，并且更具体地涉及这样的用于聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)隔离件的不锈钢及其制造方法：能够通过除去形成于不锈钢的表面上的非导电膜并形成新导电膜来改善耐腐蚀性，同时在无须进行额外的表面处理(例如涂覆)的情况下经由钢板表面上的微凹坑控制通过拉伸不锈钢冷轧钢板而形成图案来改善亲水性和接触电阻。

背景技术

聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)是使用具有氢离子交换特性的聚合物膜作为电解质的燃料电池，并且与其他类型的燃料电池相比具有约80℃的低工作温度和高效率。另外，PEMFC具有快速的启动、高输出密度和简单的主体结构。由于这些原因，PEMFC可以用于车辆或家庭。

PEMFC具有单元电池结构，其中气体扩散层和隔离件堆叠在由电解质、阳极电极和阴极电极组成的膜电极组合件(MEA)的两侧。将若干单元电池串联连接而形成燃料电池堆叠体。

隔离件向燃料电池的电极供给燃料(氢气和重整气)和氧化剂(氧气和空气)。在隔离件中，可以形成用于排出作为电化学反应产物的水的流路。隔离件发挥机械地支撑MEA和气体扩散层的功能和电连接到邻近的单元电池的功能。

典型地，已经用石墨材料来制造隔离件。然而，近来，考虑到制造成本、重量等，广泛地使用不锈钢来制造隔离件。用于制造隔离件的不锈钢在作为燃料电池的工作环境的强酸性环境中会被高度腐蚀，并且鉴于重量减小、小型化和生产率，应该具有优异的耐腐蚀性和导电性。

PEMFC隔离件的流路由燃料或氧化剂通过的通道和与气体扩散层接触以充当电通路的连接盘(land)构成。为了容易地供给反应物并且容易地排出产物，控制流路的形状和表面状态是非常重要的。

通常，PEMFC在加湿到预定水平或更高之后供给反应气体(燃料和氧化剂)以改善电解质膜中氢离子的传导性。

同时，由于在阴极侧由电化学反应产生水，因此如果反应气体的露点温度高于燃料电池的工作温度，则在通道、气体扩散层或电极的内部由水蒸气的凝结产生水滴。

这被称为溢流现象。由于溢流现象，反应气体不均匀地流动，并且还被不充分地扩散而引起电极中的反应气体不足，导致PEMFC的性能下降。

甚至在阳极电极中由通过电解质膜的水也可产生溢流现象，在阴极中也一样。特别地，当气体流路由于阳极侧中的冷凝水而阻塞时，引起燃料气体不足，导致对电极的不可逆损坏。

这种现象的原因是：当在燃料气体不足的情况下强制地施加负载电流时，在没有燃料的状况下，阳极的支撑催化剂的碳与水反应产生电子和质子。

作为反应的结果，阳极侧的催化剂受损失，这引起有效电极面积的减小，导致燃料电池的性能劣化。

为了防止溢流现象并且使燃料电池的性能稳定，需要用于向表面提供亲水性以便容易地排出水的方法。

为了解决这一问题，典型地，尝试在模制隔离件之后通过机械地摩擦连接盘的表面以形成划痕来改善水排出特性。然而，该方法的缺点在于：工艺成本由于形成划痕的额外过程而上升，或者无法确保划痕的均一性。