CN101019257A - 稳定性提高的双极板 - Google Patents

稳定性提高的双极板 Download PDF

Info

Publication number
CN101019257A
CN101019257A CNA2005800308261A CN200580030826A CN101019257A CN 101019257 A CN101019257 A CN 101019257A CN A2005800308261 A CNA2005800308261 A CN A2005800308261A CN 200580030826 A CN200580030826 A CN 200580030826A CN 101019257 A CN101019257 A CN 101019257A
Authority
CN
China
Prior art keywords
corrosion
alloy
stainless steel
resistant finishes
plate substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2005800308261A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101019257B (zh
Inventor
M·H·阿布德埃尔哈米德
R·H·布伦克
G·维亚斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motors Liquidation Co
Original Assignee
Motors Liquidation Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Motors Liquidation Co filed Critical Motors Liquidation Co
Publication of CN101019257A publication Critical patent/CN101019257A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101019257B publication Critical patent/CN101019257B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/013—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of a metal other than iron or aluminium
    • B32B15/015—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of a metal other than iron or aluminium the said other metal being copper or nickel or an alloy thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/018—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of a noble metal or a noble metal alloy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/584—Non-reactive treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H01M8/0208—Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H01M8/0208—Alloys
    • H01M8/021—Alloys based on iron
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12951—Fe-base component

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明公开了用于燃料电池的提高稳定性且价廉的双极板(10)。稳定性提高的双极板(10)包括双极板底材(12)和提供在该双极板底材(12)上的耐腐蚀涂层(14)。本发明还公开了用于提高双极板(10)耐腐蚀性的方法。

Description

稳定性提高的双极板
发明领域
本发明涉及燃料电池，所述燃料电池给动力交通工具或其他机器发电。更具体地讲，本发明涉及双极板，所述双极板涂有高级别不锈钢或合金的耐腐蚀涂层以在用于聚电解质膜(PEM)燃料电池时赋予双极板耐氟化物性。
背景技术
燃料电池技术是汽车工业中相对新近发展的技术。已经发现燃料电池动力装置能够实现高达55％的效率。此外，燃料电池动力装置仅放出热和作为副产物的水。
燃料电池包括三个元件：阴极、阳极和夹在阴极和阳极之间并且仅流通质子的电解质。每个电极的一面涂有催化剂。在实践中，阳极上的催化剂将氢裂解为电子和质子。电子作为电流从阳极穿过驱动马达然后分配到阴极，而质子从阳极穿过电解质迁移到阴极。阴极上的催化剂将质子和从驱动马达返回的电子和来自空气的氧复合从而形成水。各个燃料电池可以串联方式堆叠在一起产生增加的更大量的电力。
在聚合物-电解质-膜(PEM)燃料电池中，聚合物电极膜充当阴极和阳极之间的电解质。目前用于燃料电池应用的聚合物电极膜需要某种水平的湿度以有助于膜的传导性。因此，通过湿度/水分管理维持膜中适当的湿度水平对于燃料电池的正常运作非常重要。如果膜干透，则将不可避免地损害燃料电池。
在PEM燃料电池中，多个燃料电池经常以串联方式堆叠形成燃料电池堆。在燃料电池堆中，流场板的一面充当一个燃料电池的阳极，而流场板的相对面充当邻近燃料电池的阴极。因为每个流场板充当阳极和阴极两者，所以流场板亦称为双极板。单极板(例如阳极冷却剂流场板)可提供于燃料电池堆中。阳极冷却剂流场板的一面充当阳极流场板。阳极冷却剂流场板的相对面充当阴极冷却剂流场板。阳极冷却剂流场板的冷却剂通道和阴极冷却剂流场板的冷却剂通道可合并形成汇流冷却剂通道用于冷却燃料电池堆。
用于PEM燃料电池的双极板必须是电化学稳定、导电且价廉的双极板。金属双极板在燃料电池环境中的腐蚀加速了在整个膜降解过程中的腐蚀进程。膜的降解产物包括氟化氢(HF)，氟化氢加速腐蚀进程，使得腐蚀进程变为本质上自身催化的。316L和其他低级别不锈钢已经用作价廉的双极板材料。
虽然316L不锈钢展示适中的耐氟离子腐蚀性，但是随着氟离子浸出率的增加腐蚀速率增加。这个问题可通过从燃料电池环境中移除氟化氢或通过使用更高级别不锈钢稍微缓和，所述更高级别不锈钢比316L不锈钢更耐氟离子腐蚀。将更高级别不锈钢用于双极板会增加双极板的成本。
各种增加腐蚀敏感性底材的耐腐蚀性的方法是公知的。例如，US20030228512A1公开了通过在不锈钢底材上淀积金涂层来改善不锈钢底材表面的接触电阻同时维持底材的最佳耐腐蚀性的方法。US20040091768A1公开了通过在底材上提供聚合物的导电涂层来增加底材的耐腐蚀性的方法。美国专利6,372,376B1公开了通过在底材上提供包含多种电学传导性耐腐蚀的填料粒子的导电性耐腐蚀的聚合物来增加底材耐腐蚀性的方法。
已经发现例如用高级别不锈钢或合金的薄层涂覆低级别不锈钢双极板(例如316L或304L不锈钢双极板)的表面赋予双极板较高程度的耐氟离子腐蚀性，同时维持双极板的成本在可接受的水平内。
发明概述
本发明一般来说提到新型双极板，所述双极板的特征在于在燃料电池中提高的稳定性和耐氟腐蚀性。本发明的双极板包括：不锈钢双极板底材，其通常例如为低级别不锈钢，例如316L；和在该双极板底材上提供的耐腐蚀涂层，其为高级别不锈钢或合金。耐腐蚀涂层例如可为高级别不锈钢，例如904L或AL6XN不锈钢。或者，耐腐蚀涂层可为合金，例如C-276、254SMO、Carp-20、铌和铌合金、钽和钽合金或钼合金。因此，不锈钢或合金涂层使低级别不锈钢双极板底材在燃料电池环境中基本上耐氟离子，因此明显延长双极板的使用寿命。
本发明还提到提高双极板耐腐蚀性的新方法。所述方法包括提供双极板底材，所述底材通常例如为低级别不锈钢，例如316L或304L不锈钢；和在所述双极板底材上提供耐腐蚀涂层。耐腐蚀涂层例如可为高级别不锈钢，例如904L或AL6XN不锈钢。或者，耐腐蚀涂层可为合金，例如C-276、254SMO、Carp-20、铌和铌合金、钽和钽合金或钼合金。
附图说明
现以举例方式参考附图描述本发明，其中：
图1为本发明双极板的一部分的横截面。
图2为说明根据制造本发明的双极板的方法进行的顺序进行的工艺步骤的流程图。
图3为比较各种不锈钢合金(沿X轴绘图)的腐蚀速率(沿Y轴绘图)的条形图；
图4为绘制的在pH＝3的脱气50ppm HF溶液中、80℃下用316L和AL6XN样品得到的动电位(potentiodynamic)极化曲线图(扫描速率0.1mV/S)；
图5为绘制的在pH＝3的脱气溶液中、不同氟离子浓度、80℃下在316L不锈钢上的溅射AL6XN合金涂层的极化曲线图；
图6为比较图4的极化曲线与在pH＝3的50ppm HF溶液中、80℃下在316L不锈钢上得到的极化曲线图；
图7为绘制的在pH＝3的脱气HF溶液中、80℃下在316L不锈钢和Nb上得到的动电位极化曲线图；和
图8为绘制的在脱气3.5％NaCl溶液中、室温下在316L不锈钢和Nb以1mV/s的扫描速率得到的极化曲线图。
发明详述
根据本发明，在双极板底材(其为低级别不锈钢，例如316L不锈钢)用高级别不锈钢溅射涂覆以制造具有提高的耐氟化氢腐蚀性的双极板。双极板底材的阴极面优选涂有耐腐蚀涂层以增加双极板阴极面在燃料电池工作期间对氯化物腐蚀的抵抗力。在316L不锈钢双极板底材的表面溅射904-L或AL6XN较高级别不锈钢的薄(0.1-2μm)耐腐蚀涂层，例如显著降低双极板在氟离子环境中的腐蚀速率同时不显著增加双极板的成本。可作为耐腐蚀涂层涂覆在双极板底材上的合金例如包括C-276、254SMO、Carp-20、铌和铌合金、钼合金或钽和钽合金。溅射的不锈钢涂层的接触电阻可通过在不锈钢涂层上提供覆盖层减至最小。所述覆盖层例如可为薄(小于10nm)金(Au)层或有机涂层。覆盖层的合适的材料包括铂和铂合金、铑、钌和钌合金以及钯和钯合金。根据本发明用高级别不锈钢或材料涂覆低级别不锈钢或材料具有经济效益，因为使用高级别不锈钢或材料制造双极板经济上收到限制。
图1为本发明的稳定性提高的双极板10(在下文中，双极板)的剖视图。双极板10包括通常例如为低级别不锈钢(例如316L不锈钢)的双极板底材12。耐腐蚀涂层14(可为比双极板底材12的不锈钢等级更高的不锈钢)提供在双极板底材12的外表面13上。耐腐蚀涂层14的厚度优选为通常约0.1-2μm。用于耐腐蚀涂层14的合适等级的不锈钢例如包括904L不锈钢和AL6XN不锈钢。或者，耐腐蚀涂层14例如可为合金，例如C-276、254SMO、Carp-20或铌和铌合金。覆盖层16(可为金(Au)或有机材料)例如通常提供在耐腐蚀涂层14上以使耐腐蚀涂层14的接触电阻较低。在为金涂层的情况下，覆盖层16的厚度优选通常小于约10nm，并且在为聚合物涂层的情况下，覆盖层16的厚度优选通常小于约10-28微米。
图2为说明制造本发明的稳定性提高的双极板顺序进行的工艺步骤的流程图。在步骤1中，提供双极板底材。所述双极板底材例如通常为低级别不锈钢(例如316L)且具有适用于燃料电池的燃料电池堆的合适大小和结构。
在步骤2中，在双极板底材的外表面上提供耐腐蚀涂层。耐腐蚀涂层的厚度优选通常为约0.1-2μm。耐腐蚀涂层可为较高级别不锈钢，例如包括904L或AL6XN不锈钢。或者，耐腐蚀涂层例如可为耐腐蚀合金，例如C-276、254SMO、Carp-20或铌和铌合金。耐腐蚀层通常使用常规磁控溅射方法溅射在双极板底材的外表面上。
在步骤3中，将覆盖层淀积在耐腐蚀涂层上以使耐腐蚀层的接触电阻减至最小。覆盖层的厚度优选通常小于约10nm。覆盖层例如可为(例如)金(Au)或有机材料。
下表(I)表示各种等级的不锈钢、合金和钛的实际腐蚀速率和归一化腐蚀速率。每个样品的腐蚀速率和归一化腐蚀速率通过在80℃下将样品浸泡于蚀刻溶液(1M H2SO4+0.1M HF)中1小时来得到。
表I
合金 腐蚀速率(g/s)  归一化腐蚀速率
304L不锈钢 8.87E-05  1
353不锈钢 2.62E-05  0.296
316L不锈钢 1.89E-05  0.213
Inconl 800 1.85E-05  0.208
317L不锈钢 8.19E-06  0.092
Inconl 601 5.97E-06  0.067
904L不锈钢 7.50E-07  0.009
254SMO 4.17E-07  0.005
Carp-20 3.61E-07  0.004
C-276 1.39E-07  0.002
钛 8.13E-05  在含氟离子环境中有限的稳定性
上表(I)显示不锈钢/合金等级越高，该不锈钢/合金在硫酸/氟化氢混合物中的耐腐蚀性越好。在相同溶液中钛的耐腐蚀性与304L不锈钢的耐腐蚀性相当。图3的条形图表示各种等级不锈钢和各种合金的腐蚀速率的视觉比较。
通过参考以下实施例将更好地了解本发明。
实施例-不锈钢上的AL6XN涂层
使用磁控溅射将一(1)微米AL6XN不锈钢合金涂层溅射在316L不锈钢样品上。涂层的组成使用电子探针微量分析(EPM)进行分析，结果表示于下表(II)中。
表II
  材料     Cr     Ni     Mo     铁
  AL6XN     20     24     6.3     44-50
  溅射薄膜     23     22     7     47
从表(II)的结论可看出溅射AL6XN合金的组成与AL6XN合金源的组成几乎相同。因而，在本发明的一个实施方案中，可将昂贵的高级别、高耐腐蚀性的不锈钢的相同相(作为目标物)作为非常薄的层溅射到低级别、较低廉、低耐腐蚀性的不锈钢上。除了让相同相淀积之外，溅射还避免了与电镀相关的环境问题。溅射还保证耐腐蚀涂层与双极板底材粘着良好。在将高级别不锈钢溅射到低级别不锈钢双极板底材上时粘着特别优异。
图4显示与316L不锈钢相比，在pH＝3的脱气HF溶液中并且在80℃下大块AL6XN合金的腐蚀特性。该图指出，关于腐蚀特征，在相同有效电位区域中AL6XN合金比316L不锈钢优越得多。
溅射在316L不锈钢样品上的AL6XN合金腐蚀特性显示于图5中。图5显示在50ppm HF中溅射合金显示与大块合金相同的特性。样品的腐蚀速率随HF浓度的减小而减小。
图6显示316L不锈钢和溅射样品之间的比较。根据该图，将AL6XN合金溅射在不锈钢上显著提高了底材的腐蚀性能。需要较厚的涂层以增加溅射样品的使用寿命。
为了在腐蚀性环境中具有优良的耐腐蚀性，来自铌和铌合金、钽和钽合金以及钼合金的涂层为本领域的技术人员所熟悉。这些涂层可溅射在较低级别不锈钢之上以提供在燃料电池环境中所需的电化学稳定性。
图7显示在pH＝3的50ppm HF脱气溶液中、80℃下在铌和316L不锈钢上得到的动电位极化曲线。在相同电位条件下，铌显示比316L不锈钢低得多的电流。铌还显示优良的耐氯化物点腐蚀性。
图8显示在3.5％NaCl溶液中在316L不锈钢上和在铌上得到的两条动电位极化曲线。316L的点蚀电位(pitting potential)为约0.4V(Ag/AgCl)，而铌样品可见高得多的电位。实验后在316L不锈钢样品上可见严重的点蚀，而实验后在铌样品上可观察到没有这样的点蚀。这些资料指出铌(作为涂层)兼有耐氟化物腐蚀性和耐氯化物腐蚀性，因为在燃料电池堆中氟离子在膜降解期间释放而氯离子存在于湿润空气流中，所以这些性能对于双极板是需要的。
虽然上文已描述了本发明的优选的实施方案，但是应认识并且了解可对本发明进行各种修改并且附加的权利要求书意图涵盖所有这些可属于本发明的精神和范围的修改。

Claims (55)

1.一种用于燃料电池的稳定性提高的双极板，所述双极板包括：
双极板底材；和
溅射在所述双极板底材上的耐腐蚀涂层。
2.权利要求1的稳定性提高的双极板，其中所述双极板底材包含304、316L或其他低耐腐蚀性等级的不锈钢。
3.权利要求1的稳定性提高的双极板，其中所述耐腐蚀涂层包含904L级不锈钢。
4.权利要求1的稳定性提高的双极板，其中所述耐腐蚀涂层包含C-276合金。
5.权利要求1的稳定性提高的双极板，其中所述耐腐蚀涂层包含254SMO合金。
6.权利要求1的稳定性提高的双极板，其中所述耐腐蚀涂层包含Carp-20合金。
7.权利要求1的稳定性提高的双极板，其中所述耐腐蚀涂层包含铌。
8.权利要求1的稳定性提高的双极板，其中所述耐腐蚀涂层包含AL6XN级不锈钢。
9.一种用于燃料电池的稳定性提高的双极板，所述双极板包括：
不锈钢双极板底材；
在所述双极板底材上提供的耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层具有比所述双极板底材的耐腐蚀性更高的耐腐蚀性；和
在所述耐腐蚀涂层上提供的用于使所述耐腐蚀涂层的接触电阻减至最小的覆盖层。
10.权利要求9的稳定性提高的双极板，其中所述双极板底材包含304L或316L级不锈钢。
11.权利要求9的稳定性提高的双极板，其中所述耐腐蚀涂层包含904-L级不锈钢和AL6XN级不锈钢中的至少一种。
12.权利要求9的稳定性提高的双极板，其中所述耐腐蚀涂层包含C-276合金、254SMO合金、Carp-20合金、铌和铌合金中的至少一种。
13.权利要求9的稳定性提高的双极板，其中所述覆盖层包含金、有机材料、铂、铂合金、铑、钌、钌合金、钯和钯合金中的至少一种。
14.权利要求13的稳定性提高的双极板，其中所述双极板底材包含304L或316L级不锈钢。
15.权利要求14的稳定性提高的双极板，其中所述耐腐蚀涂层包含904-L级不锈钢和AL6XN级不锈钢中的至少一种。
16.权利要求14的稳定性提高的双极板，其中所述耐腐蚀涂层包含C-276合金、254SMO合金、Carp-20合金、铌和铌合金、钽和钽合金以及钼合金中的至少一种。
17.一种提高双极板的耐腐蚀性的方法，所述方法包括：
提供双极板底材；和
在所述双极板底材上提供耐腐蚀涂层。
18.权利要求17的方法，其中所述双极板底材包含316L级不锈钢。
19.权利要求17的方法，其中所述耐腐蚀涂层包含904-L级不锈钢和AL6XN级不锈钢中的至少一种。
20.权利要求17的方法，其中所述耐腐蚀涂层包含C-276合金、254SMO合金、Carp-20合金、铌和铌合金、钽和钽合金以及钼合金中的至少一种。
21.权利要求17的方法，所述方法还包括在所述耐腐蚀层上提供用于使所述耐腐蚀层的接触电阻减至最小的覆盖层。
22.权利要求21的方法，其中所述覆盖层包含金、有机材料、铂、铂合金、铑、钌、钌合金、钯和钯合金中的至少一种。
23.权利要求21的方法，其中所述覆盖层包含溅射层。
24.权利要求21的方法，其中所述双极板底材包含316L级不锈钢。
25.权利要求24的方法，其中所述耐腐蚀涂层包含904-L级不锈钢和AL6XN级不锈钢中的至少一种。
26.权利要求24的方法，其中所述耐腐蚀涂层包含C-276合金、254SMO合金、Carp-20合金、铌和铌合金中的至少一种。
27.权利要求17的方法，其中所述在所述双极板底材上提供耐腐蚀涂层包括使用物理气相淀积方法在所述双极板上溅射所述耐腐蚀涂层。
28.一种提高燃料电池中的双极板阴极面的耐氯化物腐蚀性的方法，所述方法包括：
提供具有阴极面的双极板底材；和
在所述双极板底材的阴极面上提供耐腐蚀涂层。
29.权利要求28的方法，其中所述双极板底材包含316L级不锈钢。
30.权利要求29的方法，其中所述耐腐蚀涂层包含904-L级不锈钢和AL6XN级不锈钢中的至少一种。
31.权利要求29的方法，其中所述耐腐蚀涂层包含C-276合金、254SMO合金、Carp-20合金、铌和铌合金、钽和钽合金以及钼合金中的至少一种。
32.权利要求29的方法，所述方法还包括在所述耐腐蚀层上提供用于使所述耐腐蚀层的接触电阻减至最小的覆盖层。
33.权利要求32的方法，其中所述覆盖层包含金、有机材料、铂、铂合金、铑、钌、钌合金、钯和钯合金中的至少一种。
34.一种提高双极板的耐腐蚀性的方法，所述方法包括：
提供双极板底材，所述双极底材具有第一耐腐蚀性；和
在所述双极板底材上溅射耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层具有第二耐腐蚀性，且其中所述第二耐腐蚀性大于所述第一耐腐蚀性。
35.权利要求34的方法，其中所述双极板底材包含金属。
36.权利要求34的方法，其中所述双极板底材包含含第一原子元素的材料和含所述第一原子元素的耐腐蚀涂层。
37.权利要求35的方法，其中所述双极板底材包含含第一原子元素、第二原子元素和第三原子元素的材料和含所述第一原子元素、所述第二原子元素和所述第三原子元素的耐腐蚀涂层。
38.权利要求34的方法，其中所述溅射包括物理汽化包含具有第一元素组成的材料的目标物，且其中所述耐腐蚀涂层具有基本上相同的第一元素组成。
39.权利要求34的方法，其中所述双极板底材包含第一等级不锈钢并且所述耐腐蚀涂层包含第二等级不锈钢。
40.权利要求34的方法，其中所述双极板底材包含316L级不锈钢。
41.权利要求34的方法，其中所述耐腐蚀涂层包含904-L级不锈钢和AL6XN级不锈钢中的至少一种。
42.权利要求34的方法，其中所述耐腐蚀涂层包含C-276合金、254SMO合金、Carp-20合金、铌和铌合金、钽和钽合金以及钼合金中的至少一种。
43.权利要求34的方法，所述方法还包括在所述耐腐蚀层上提供用于使所述耐腐蚀层的接触电阻减至最小的覆盖层。
44.权利要求43的方法，其中所述覆盖层包含金、有机材料、铂、铂合金、铑、钌、钌合金、钯和钯合金中的至少一种。
45.权利要求43的方法，其中所述覆盖层包括溅射层。
46.权利要求43的方法，其中所述双极板底材包含316L级不锈钢。
47.权利要求44的方法，其中所述耐腐蚀涂层包含904-L级不锈钢和AL6XN级不锈钢中的至少一种。
48.权利要求44的方法，其中所述耐腐蚀涂层包含C-276合金、254SM0合金、Carp-20合金、铌和铌合金中的至少一种。
49.权利要求34的方法，其中所述耐腐蚀涂层的厚度为0.1-2μm。
50.权利要求34的方法，其中所述耐腐蚀涂层的厚度为0.1-10μm。
51.权利要求34的方法，其中所述双极板底材包含第一等级的不锈钢并且所述耐腐蚀涂层包含第二等级的不锈钢，且其中所述耐腐蚀涂层的厚度为0.1-2μm。
52.权利要求43的方法，其中所述双极板底材包含304L级不锈钢。
53.权利要求34的方法，其中所述双极板底材包含铁素体和奥氏体材料中的至少一种。
54.权利要求34的方法，其中所述双极板底材包含低级别铁素体材料和低级别奥氏体材料中的至少一种。
55.权利要求34的方法，其中所述双极板底材和所述耐腐蚀涂层两者均各自包含铬，且其中铬在所述耐腐蚀涂层中的元素重量百分数大于铬在所述双极板底材中的元素重量百分数。
CN2005800308261A 2004-07-20 2005-06-09 稳定性提高的双极板 Expired - Fee Related CN101019257B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/895,249 2004-07-20
US10/895,249 US7955754B2 (en) 2004-07-20 2004-07-20 Enhanced stability bipolar plate
PCT/US2005/020381 WO2006019473A2 (en) 2004-07-20 2005-06-09 Enhanced stability bipolar plate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101019257A true CN101019257A (zh) 2007-08-15
CN101019257B CN101019257B (zh) 2011-08-17

Family

ID=35657567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2005800308261A Expired - Fee Related CN101019257B (zh) 2004-07-20 2005-06-09 稳定性提高的双极板

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7955754B2 (zh)
JP (1) JP2008507824A (zh)
CN (1) CN101019257B (zh)
DE (1) DE112005001704T5 (zh)
WO (1) WO2006019473A2 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108736017A (zh) * 2017-04-20 2018-11-02 徐煜 一种用于氢燃料电池的电极板
WO2020042535A1 (zh) * 2018-08-31 2020-03-05 上海交通大学 一种燃料电池金属双极板用导电耐蚀涂层
CN112310429A (zh) * 2020-10-29 2021-02-02 上海交通大学 一种用于燃料电池双极板的耐蚀涂层及其制备方法

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7955754B2 (en) 2004-07-20 2011-06-07 GM Global Technology Operations LLC Enhanced stability bipolar plate
US7700212B2 (en) * 2004-10-07 2010-04-20 Gm Global Technology Operations, Inc. Bipolar plate with enhanced stability
US7632592B2 (en) * 2004-11-01 2009-12-15 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of fabricating corrosion-resistant bipolar plate
JP2008258114A (ja) * 2007-04-09 2008-10-23 Kobe Steel Ltd 燃料電池用金属セパレータおよびその製造方法
DK2229471T3 (da) 2008-01-08 2015-06-22 Treadstone Technologies Inc Stærkt elektrisk ledende overflader til elektrokemiske anvendelser
US8906579B2 (en) * 2009-05-14 2014-12-09 GM Global Technology Operations LLC Low contact resistance coated stainless steel bipolar plates for fuel cells
WO2011038406A2 (en) * 2009-09-28 2011-03-31 Treadstone Technologies, Inc. Highly electrically conductive surfaces for electrochemical applications and methods to produce same
US8232026B2 (en) 2010-10-14 2012-07-31 Ford Global Technologies, Llc Bipolar plates for electrochemical cells
US9567681B2 (en) 2013-02-12 2017-02-14 Treadstone Technologies, Inc. Corrosion resistant and electrically conductive surface of metallic components for electrolyzers
US10003089B2 (en) 2015-02-11 2018-06-19 Ford Global Technologies, Llc Multilayer coating for corrosion resistant metal bipolar plate for a PEMFC
US10135077B2 (en) * 2015-02-12 2018-11-20 Ford Global Technologies, Llc Corrosion resistant metal bipolar plate for a PEMFC including a radical scavenger
CN112575282B (zh) 2015-04-15 2023-12-19 踏石科技有限公司 一种用于处理金属部件表面以达到较低的接触电阻的方法
DE102016202372A1 (de) 2016-02-17 2017-08-17 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Schicht und Schichtsystem, sowie Bipolarplatte, Brennstoffzelle und Elektrolyseur
CN108123142B (zh) 2016-11-28 2022-01-04 财团法人工业技术研究院 抗腐蚀结构及包含其抗腐蚀结构的燃料电池
DE102017118319A1 (de) 2017-08-11 2019-02-14 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Beschichtung und Schichtsystem, sowie Bipolarplatte, Brennstoffzelle und Elektrolyseur
DE102021130935A1 (de) 2020-12-16 2022-06-23 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Schicht und Schichtsystem, sowie elektrisch leitfähige Platte und elektrochemische Zelle
JP2023543875A (ja) 2020-12-16 2023-10-18 シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲー 層及び層システム及び導電性プレート及び電気化学電池

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4915752A (en) * 1988-09-13 1990-04-10 Carondelet Foundry Company Corrosion resistant alloy
FR2675415B1 (fr) * 1991-04-22 1995-06-30 Creusot Loire Tole plaquee inoxydable et procede de realisation de cette tole plaquee.
US5250162A (en) * 1992-01-29 1993-10-05 Metallgesellschaft Ag Method of reducing Ti(IV) to Ti(III) in acid solution
US5268045A (en) * 1992-05-29 1993-12-07 John F. Wolpert Method for providing metallurgically bonded thermally sprayed coatings
JP3154028B2 (ja) 1993-04-19 2001-04-09 三洋電機株式会社 燃料電池用セパレータの加工方法
US5643690A (en) * 1994-11-11 1997-07-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Molten carbonate fuel cell
US5624769A (en) * 1995-12-22 1997-04-29 General Motors Corporation Corrosion resistant PEM fuel cell
JP3854682B2 (ja) 1997-02-13 2006-12-06 アイシン高丘株式会社 燃料電池用セパレータ
JP2000053424A (ja) * 1998-07-24 2000-02-22 Sulzer Hexis Ag インタ―コネクタのコ―ティングのためのペロブスカイト、インタ―コネクタ及び燃料セル電池
JP5047408B2 (ja) 1999-06-16 2012-10-10 新日本製鐵株式会社 固体高分子型燃料電池用ステンレス鋼製またはチタン製セパレータ
US6322919B1 (en) * 1999-08-16 2001-11-27 Alliedsignal Inc. Fuel cell and bipolar plate for use with same
JP2001093538A (ja) 1999-09-27 2001-04-06 Nisshin Steel Co Ltd ステンレス鋼製低温型燃料電池用セパレータ
US6649031B1 (en) * 1999-10-08 2003-11-18 Hybrid Power Generation Systems, Llc Corrosion resistant coated fuel cell bipolar plate with filled-in fine scale porosities and method of making the same
US6372376B1 (en) * 1999-12-07 2002-04-16 General Motors Corporation Corrosion resistant PEM fuel cell
JP3468739B2 (ja) * 1999-12-27 2003-11-17 新東ブレーター株式会社 高耐食性かつ対カーボン低接触抵抗性金属の燃料電池用セパレーターへの付着方法
US6454922B1 (en) * 2000-06-23 2002-09-24 The Regents Of The University Of California Corrosion test cell for bipolar plates
US20030170526A1 (en) * 2000-08-05 2003-09-11 Ineos Chlor Limited Substrate treatment
JP3857873B2 (ja) * 2000-11-09 2006-12-13 三洋電機株式会社 燃料電池用セパレータとその製造方法、および燃料電池
CA2373344C (en) * 2001-02-28 2012-03-20 Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha Corrosion-resistant metallic member, metallic separator for fuel cell comprising the same, and process for production thereof
CA2386462A1 (en) * 2001-05-18 2002-11-18 Institut National De La Recherche Scientifique Multi-layers coating for protecting metallic substrates
WO2003028134A1 (fr) 2001-09-19 2003-04-03 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Separateur de pile a combustible et preparation correspondante
US6866958B2 (en) * 2002-06-05 2005-03-15 General Motors Corporation Ultra-low loadings of Au for stainless steel bipolar plates
DE10230395A1 (de) * 2002-07-05 2004-01-15 General Motors Corp., Detroit Leitfähiges Bauteil für elektrochemische Zellen sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils
US7261963B2 (en) * 2002-11-12 2007-08-28 General Motors Corporation Corrosion resistant, electrically and thermally conductive coating for multiple applications
US7144648B2 (en) * 2002-11-22 2006-12-05 The Research Foundation Of State University Of New York Bipolar plate
US7829194B2 (en) * 2003-03-31 2010-11-09 Ut-Battelle, Llc Iron-based alloy and nitridation treatment for PEM fuel cell bipolar plates
US7560170B2 (en) * 2003-04-04 2009-07-14 Intelligent Energy, Inc. Surface modification of porous metal substrates using cold spray
US7125586B2 (en) * 2003-04-11 2006-10-24 Delphi Technologies, Inc. Kinetic spray application of coatings onto covered materials
US20050017055A1 (en) * 2003-07-24 2005-01-27 Kurz Douglas L. Electrochemical fuel cell component materials and methods of bonding electrochemical fuel cell components
US20050037935A1 (en) * 2003-08-11 2005-02-17 Abd Elhamid Mahmoud H. Composition and method for surface treatment of oxidized metal
US7396559B2 (en) * 2003-08-11 2008-07-08 General Motors Corporation Method of making an electrically conductive element for use in a fuel cell
US7150918B2 (en) * 2004-02-27 2006-12-19 General Motors Corporation Bilayer coating system for an electrically conductive element in a fuel cell
US7955754B2 (en) 2004-07-20 2011-06-07 GM Global Technology Operations LLC Enhanced stability bipolar plate
US7700212B2 (en) * 2004-10-07 2010-04-20 Gm Global Technology Operations, Inc. Bipolar plate with enhanced stability
US8228522B2 (en) 2007-01-29 2012-07-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Document data management apparatus to manage document data read and digitized by an image reading apparatus and a technique to improve reliability of various processing using document data

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108736017A (zh) * 2017-04-20 2018-11-02 徐煜 一种用于氢燃料电池的电极板
WO2020042535A1 (zh) * 2018-08-31 2020-03-05 上海交通大学 一种燃料电池金属双极板用导电耐蚀涂层
CN112310429A (zh) * 2020-10-29 2021-02-02 上海交通大学 一种用于燃料电池双极板的耐蚀涂层及其制备方法
CN112310429B (zh) * 2020-10-29 2022-09-16 上海交通大学 一种用于燃料电池双极板的耐蚀涂层及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008507824A (ja) 2008-03-13
WO2006019473A3 (en) 2007-01-25
US20060019142A1 (en) 2006-01-26
US7955754B2 (en) 2011-06-07
WO2006019473A2 (en) 2006-02-23
CN101019257B (zh) 2011-08-17
DE112005001704T5 (de) 2009-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101019257B (zh) 稳定性提高的双极板
JP5226302B2 (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法
Asri et al. Coating of stainless steel and titanium bipolar plates for anticorrosion in PEMFC: A review
JP5234711B2 (ja) 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
US7771858B2 (en) Coated steel bipolar plates
EP2124278A1 (en) Fuel cell separator, fuel cell separator manufacturing method and fuel cell
US20150037710A1 (en) Coating with conductive and corrosion resistance characteristics
CN101504983B (zh) 用于电化学装置的耐腐蚀金属复合材料及其制备方法
JP2001093538A (ja) ステンレス鋼製低温型燃料電池用セパレータ
WO2004019437A1 (ja) 燃料電池用金属部材とその製造方法、固体高分子形燃料電池用オーステナイトステンレス鋼とそれを用いた燃料電池用金属部材、固体高分子型燃料電池材料とその製造方法、耐食性導電部材とその製造方法、及び燃料電池
US20180053948A1 (en) Separator for polymer electrolyte fuel cell and method for producing the same
JPWO2019082591A1 (ja) 燃料電池のセパレータ用のステンレス鋼板の製造方法
JP6859980B2 (ja) バイポーラプレート
TWI640122B (zh) 燃料電池之分隔件用鋼板之基材不鏽鋼鋼板及其製造方法
JPH11219713A (ja) 低温型燃料電池用セパレータ
US20240047703A1 (en) Layer and layer system and electrically conductive plate and electrochemical cell
JP7338618B2 (ja) 燃料電池のセパレータのオーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法
Yu et al. Enhanced performance of Ti–Nb–N film modified 316L stainless steel and Ti bipolar plates for proton exchange membrane water electrolyser

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110817