CN101504983A

CN101504983A - 用于电化学装置的耐腐蚀金属复合材料及其制备方法

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Publication number: CN101504983A
Application number: CNA2008101910812A
Authority: CN
Inventors: M·H·阿布德埃尔哈米德; Y·M·米克黑尔; G·V·达赫奇; F·钟; R·H·布伦克; D·J·利西
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-03
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2028-12-31
Also published as: US20090176142A1; DE102008064085B4; US7972449B2; DE102008064085A1; CN101504983B

Abstract

本发明涉及用于电化学装置的耐腐蚀金属复合材料及其制备方法。公开了一种用于电化学装置的金属复合材料。该金属复合材料包括不锈钢内部组件和沉积的氮化金属外层，其中氮化外层与不锈钢内部组件相比具有较低的电接触电阻和更强的耐腐蚀性。同时也公开了利用上述金属复合材料制备的双极板以及制备该金属复合材料和双极板的方法。

Description

用于电化学装置的耐腐蚀金属复合材料及其制备方法

技术领域

[0001]公开的实施方式通常涉及具有强耐腐蚀性和低电接触电阻的金属复合材料，其应用于电化学装置，例如燃料电池和电池。

背景技术

[0002]电化学装置，例如燃料电池和电池，典型地涉及腐蚀性电化学反应和强电流。这些电化学装置的一些关键组件要求强耐腐蚀性和极低的电阻，从而延长产品寿命以及最小化能量损耗。聚合物电解质膜(PEM)燃料电池中的双极板，例如，必须是成本有效的、电化学稳定的、导电的、亲水的和可冲压(stampable)的。在板双面复杂的流道设计可以通过金属冲压工艺形成。不锈钢具有那些合乎要求的特征中的一些，包括低成本和可冲压性(stampability)。然而，在不锈钢的表面上惰性(passive)氧化物薄膜的存在导致与气体扩散介质的巨大的接触电阻。另外，典型的不锈钢不具备所需要的燃料电池中的双极板所需求的耐腐蚀性。双极板的腐蚀也会导致金属离子污染从而对燃料电池的性能产生负面影响。贵金属的导电涂层，例如金，已经被用来减少不锈钢的电接触电阻。但贵金属涂层显著地增加了双极板的成本。也已经公开了对某些种类的不锈钢进行热氮化(thermal nitriding)。为了获得所需的耐腐蚀性和低电接触电阻，需要相对昂贵类型的不锈钢。热氮化处理不可避免地产生不均匀和异质的表面层。使用热氮化方法，在大规模生产中可能难以获得所需要的一致性和可靠性。因此，对于电化学装置来说，需要一种成本低、强耐腐蚀性以及高导电性的材料。

发明内容

[0003]本发明的一个实施方案包括一种金属复合材料，其包括低成本的不锈钢内部组件和沉积的氮化金属外层。氮化的外层与不锈钢内部组件相比具有较低的电接触电阻和更强的耐腐蚀性。利用包括溅射(sputtering)法在内的多种金属涂覆/表面沉积方法，可以将氮化外层沉积到不锈钢内部组件上，从而形成高度一致的、导电的和耐腐蚀的表面层。

[0004]在另外一实施方案中，用于电化学燃料电池的双极板包括不锈钢板材，其在至少一面上具有多个通道，和沉积氮化金属层，基本上覆盖了不锈钢板的外表面。与不锈钢相比，氮化金属具有较强的耐腐蚀性和较低的电接触电阻。在不锈钢板上的通道可以通过传统的冲压方法(stamping process)产生。

[0005]本发明的其他示例性实施方案将从后面提供的详细说明而变得显而易见。应当理解的是本发明在公开示例性实施方案的同时，详细的说明和具体实施例只是用来进行说明的，并没有限制本发明的范围。

附图说明

[0006]通过详细的说明和附图将更清楚地理解本发明的示例性实施方案，其中：

[0007]图1是显示了哈斯特洛伊合金G-35(Hastelloy G-35 alloy)和相应的热氮化的G-35合金的动电位(potentiodynamic)极化曲线的图。

[0008]图2是显示了哈斯特洛伊合金G-30(Hastelloy G-30 alloy)和相应的热氮化的G-30合金的动电位极化曲线的图。

[0009]图3是显示了哈斯特洛伊合金G-35和相应的热氮化的G-35合金的恒电位瞬时电流(potentiostatic current transients)的图。

[0010]图4是显示了哈斯特洛伊合金G-30和相应的热氮化的G-30合金的恒电位瞬时电流的图。

[0011]图5是显示了燃料电池的电压和电流密度相对于操作时间的曲线的图。该燃料电池是单一单元的燃料电池，由以下构成：热氮化的哈斯特洛伊合金G-35作为双极板，和Gore 5051膜电极组件(membrane electrode assembly)，在80℃操作。

具体实施方式

[0012]以下对实施方案的描述本质上仅仅是示例性的，并非用来限制本发明及其应用或用途。

[0013]提供了一种具有强耐腐蚀性和低电接触电阻的金属复合材料。该金属复合材料包含不锈钢内部组件和沉积的氮化金属外层。不锈钢内部组件代表性地为低成本金属合金，可以不具有在需要的电化学装置中使用所需要的耐腐蚀性或电接触电阻。沉积的氮化金属外层坚固地粘附在不锈钢组件上，代表性地基本上覆盖了不锈钢的表面。与不锈钢组件相比，氮化金属层展示出较强的耐腐蚀性和较低的电接触电阻。

[0014]根据本发明可以使用多种不同种类的不锈钢。典型的不锈钢包含至少50％的铁和至少10％的铬，按重量计。不锈钢可以同时包括铁氧体(ferrite)和奥氏体(austenite)，取决于它们的晶体结构和组成。优选使用低成本的不锈钢，所述低成本的不锈钢可以容易地制成薄片，所述薄片可以冲压而形成复杂的通道。同样也优选具有较高电导率和耐腐蚀性的不锈钢。在一实施方案中，使用这样的不锈钢，其铬含量按重量计算至少为16％。不锈钢也可以包含至少6％的镍。典型的不锈钢的镍含量可以在6-20％之间，铬含量可以为大约16％到大约20％。不锈钢组件可以同时包括钼，其可以进一步地增强耐腐蚀性。在一个实施方案中，使用AISI 304型和316型。304型和316型的化学组成分别在表1和表2中提供。

表1 304不锈钢的典型分析

碳	最高0.08％	硅	最高1.00％
碳	最高0.08％	硅	最高1.00％	锰	最高2.00％	铬	18.00-20.00％
磷	最高0.045％	镍	8.00-10.50％	锰	最高2.00％	铬	18.00-20.00％
磷	最高0.045％	镍	8.00-10.50％	硫	最高0.030％

表2 316不锈钢的典型分析

碳	最高0.08％	硅	最高1.00％
碳	最高0.08％	硅	最高1.00％	锰	最高2.00％	铬	16.00-18.00％
磷	最高0.045％	镍	10.00-14.00％	锰	最高2.00％	铬	16.00-18.00％
磷	最高0.045％	镍	10.00-14.00％	硫	最高0.030％	钼	2.00-3.00％

[0015]虽然不锈钢可以以多种形式使用，包括棒(rod)、线(wire)、螺旋(screw)、厚片(slab)、管(tube)、球(ball)、泡沫(foam)以及其他的复杂形状，代表性地使用不锈钢板。板可以被进一步加工成其他形状。在一实施方案中，在至少一面上，不锈钢板被冲压而形成多条通道。多条通道可用于引导流过电化学装置的气体或其他流体。通道也可以通过蚀刻或为本领域普通的技术人员所知的其他方法来形成。

[0016]将氮化金属层沉积到以上所描述的不锈钢组件上。这里的术语“金属”包括由仅仅一种化学元素组成的单组分金属、包含两种或多种不同化学元素的金属合金以及其金属混合物。氮化金属优选沉积成基本上均匀的、厚度在大约1nm到大约10μm之间的层。与不锈钢组件相比，氮化金属层具有较强的耐腐蚀性和较低的电接触电阻。

[0017]氮化金属可以选自含有0到50重量％的铁的金属。氮化金属可以包含至少一种有助于氮化物形成的金属元素。根据本发明形成氮化物的元素包括但不局限于：铝、铬、钨、钼、钒、钛、铌、钽和锆。氮化金属可以进一步地包含锰和/或钴以便更好地稳定氮化物。氮化金属优选包含超过大约20％的铬和少于大约20％的铁。在一个实施方案中，氮化金属是一种镍合金，包含至少40％的镍和至少20％的铬。在另外一个实施方案中，氮化金属进一步地包含1％或更多的钼。这些氮化金属的例子包括哈斯特洛伊合金G-30和G-35的氮化产物。哈斯特洛伊合金G-30和G-35的化学组成在表3中提供。

表3 哈斯特洛伊合金G-30和G-35的典型化学组成，重量％

合金，％	Ni	Co	Cr	Mo	W	Fe	Si	Mn	C	其它
合金，％	Ni	Co	Cr	Mo	W	Fe	Si	Mn	C	其它	G-30	43	<5.0	28.0-31.5	4-6	1.5-4.0	13-17	<0.8	<1.5	<0.03	Cu，Ta，Cb，P，和S
G-35	58		33.2	8.1		<2	<0.6		<0.05	Cu	G-30	43	<5.0	28.0-31.5	4-6	1.5-4.0	13-17	<0.8	<1.5	<0.03	Cu，Ta，Cb，P，和S

[0018]根据本发明任何为本领域的普通技术人员所熟知的氮化法都可以使用。氮化作用通常在800℃到1200℃的范围内在纯氮或96％的氮—4％的氢的混合物中进行，但是在氨环境中温度低到400℃也是合适的。在氮化之前不必去除不锈钢的惰性(passive)氧化物层。典型的氮化作用包括在升高的温度和在受控的气氛中将氮扩散到金属和金属合金中从而在金属的表面上和在金属内形成氮化物。用于氮化作用的受控气氛可以包括氮气、氨气、氢气或惰性气体中的一种或多种。在相对低的温度下还可以使用等离子体辅助的氮化方法。氮化方法的非限制性例子包括：弗洛渗氮法(Floe process)、盐浴渗氮工艺(salt bath nitridingprocess)、离子渗氮工艺(ion nitriding process)、等离子体辅助的氮化工艺(plasmaassisted nitriding process)、氮氧化物工艺(oxynitride process)、铁素体氮碳共渗工艺(ferritic nitrocarburizing process)以及其衍生或组合工艺。

[0019]可以通过多种金属表面沉积或涂覆方法将氮化金属沉积到不锈钢内部组件上，其中包括但不局限于：溅射(sputtering)、离子镀(ion plating)、离子注入(ion implanting)、热喷涂(thermal spray coating)或真空涂覆(vacuum coating)。上述方法以及其它类似方法的详细说明可以在《Metals Handbook》，第9版，第5卷，“Surface cleaning，Finishing，and Coating.”中找到。与热氮化表面处理相比，沉积方法提供了金属材料的更宽选择，氮化层的更均匀的层以及更好的一致性。

[0020]优选使用溅射(sputtering)法来沉积氮化金属层。溅射(sputtering)是一种其中由于与高能粒子(energetic particles)轰击有关的动量交换将材料从固体或液体的表面喷射的方法。轰击物质(bombarding species)通常是重惰性气体的离子。氩通常被用作惰性气体。离子源可以是待轰击的材料浸入其中的离子束或放电等离子体(plasma discharge)。在等离子体-放电溅射涂覆工艺中，将被称为靶(氮化金属或将要氮化和涂覆的金属)的涂覆材料源放入到真空室中，真空室先抽真空然后回填以工作气体，例如氩或含氮的气体或气体混合物。将气体的压力调节到支持等离子体放电的水平。然后将负偏压施加到靶上以便使其由等离子体产生的正离子(positive ions)来轰击。在回填氩气至0.1到10帕斯卡之前，溅射涂覆室典型地被抽到10^-3到10^-5帕斯卡的范围。放电等离子体的强度以及由此可以达到的离子流(ion flux)和溅射速率，取决于阴极电极的形状和实际使用的用来限制等离子体电子的磁场。简单的平面电极以及其它的电极形状都可用于上述溅射方法。与热氮化以及其他表面工艺相比，溅射可以在低温(例如小于100℃)下连续(consistently)进行。

[0021]在一个实施方案中，未氮化的金属被用作涂覆或表面沉积的原材料(或靶，如果使用溅射法的话)。未氮化的金属与本公开内容前面所描述的沉积氮化金属层具有基本上相同的组成，除了没有将氮引入金属之外。表面涂覆/沉积在含氮的气氛中进行，以至于在沉积到不锈钢底物之前未氮化金属与氮气氛反应形成相应的氮化金属。换句话说，氮化和表面涂覆可以在单个操作中完成。在非限制例子中，未氮化金属原材料用作溅射工艺中的靶。氮气、氨气或氨气/氢气的混合物用作工作气体。将不锈钢内部组件用作底物。然后，作为氮化金属层，在沉积到不锈钢底物之前，通过与含氮的工作气体的反应，在溅射工艺中，将未氮化金属靶转化为氮化金属。

[0022]在另外一个实施方案中，在溅射工艺中将氮化金属用作靶。工作气体为氩气或另一种惰性气体。在实际未与工作气体进行化学反应的情况下，氮化金属沉积到不锈钢底物上。

[0023]在不锈钢内部组件上沉积氮化金属层后可以进行后处理。示例性的后处理包括但不局限于：后氧化、附加的热氮化处理、热处理、退火、碳化、抛光、清洁、抛光、蚀刻等。

[0024]根据本发明的金属复合材料可以被用作多种电化学装置中的部件或元件，例如电池和燃料电池。金属复合材料可用作安装材料(fitting material)、连接管和电化学电池室的壁材料。金属复合材料可以被用作可能与腐蚀性气体或液体相接触的电耦合/连接(electric coupling/connecting)组件。将金属复合材料作为电化学燃料电池中的双极板材料是特别有用的，这是由于其强耐腐蚀性、低成本和低电接触电阻。为制造双极板，如本公开内容中前文所述的，首先选择低成本不锈钢板内部组件。通过冲压或另外合适的方法在这样的不锈钢板上产生多条通道。这些通道充当用于燃料电池中的燃料气体和氧化剂气体的流场。使用本公开内容中以上所描述的溅射或其他方法之一将氮化金属层沉积到不锈钢板的表面。根据本发明所制备的双极板可以应用在PEM燃料电池中，其中使用了全氟化的聚合物电解质。全氟化聚合物电解质含有大量的酸和少量的腐蚀性很强的氟化物离子。另外，PEM燃料电池通常在高温下运行以提供高电流密度和效率。因此，在强酸、高温和氟化物离子的环境中，双极板必须非常地抗腐蚀。根据本发明的金属复合材料显示出作为PEM燃料电池双极板的全部所期望的特征。

[0025]可以使用以上所描述的作为双极板的金属复合材料来制造电化学燃料电池。电化学燃料电池，尤其是PEM燃料电池，典型地通过以交替的方式堆积多个电极组件(electrode assemblies)以及双极板来生产。电极组件可以包括阳极和阴极，分别布置在膜电解质的相对两面。在本技术领域中，这样的电极组件通常被称为膜电极组件(MEA)。电极组件和金属复合材料双极板以交替的方式连接在一起从而形成燃料电池组(fuel cell stack)。将电极组件和双极板连接在一起以形成电化学燃料电池的方法进一步在D.A.Landsman和F.J.Luczak，＂Handbook of Fuel Cells＂John Wiley and Sons，(2003)中进行了描述。

[0026]实施例1：氮化和未氮化合金的耐腐蚀性和电接触电阻

[0027]在PEM燃料电池内在相对湿度如40-100％RH的循环状况下通常所遇到的相对恶劣的环境中进行非原位(ex-situ)腐蚀实验。在80℃，在pH值为3的情况下，在含10ppm的氟化氢(HF)的脱气模拟燃料电池溶液中测试了热氮化和未氮化的哈斯特洛伊合金G-30和G-35。

[0028]获得了G-35和G-30合金的动电位极化曲线并且分别显示在图1和图2中。在所测试的电极电位范围内，氮化的G-35和G-30合金，与它们相对应的未氮化试样相比，两者的电流密度低一个数量级。动电位极化试验中较低的电流密度表明了较低的腐蚀速率。

[0029]在80℃，在pH值为3的情况下，在含10ppm HF的氩气吹扫的模拟燃料电池溶液中，在+0.6V下(相对于银/氯化银，Ag/AgCl，标准参比电极)还获得了热氮化和未氮化的G-35和G-30合金的恒电位瞬时电流，结果显示在图3和图4中。恒电位试验条件类似于PEM燃料电池阴极附近的腐蚀环境。与其相应的未氮化样品相比，氮化的G-35和G-30合金显示出明显较低的电流密度。同样，较低的电流密度表明了较低的腐蚀速率。

[0030]在恒电位试验前后，还测量了金属试样的电接触电阻(ECR)。使用四探针法测量了样品在腐蚀实验前后的接触电阻。根据该方法，将样品夹在两片扩散介质(DM)之间，所述扩散介质又被夹在两个镀金铜电极之间。使用液压机，使样品承受多种压缩压力。然后采用1A/cm²电流密度，测量扩散介质两端或从DM到样品的压降。因此，在“堆积”压缩压力下可以测量不锈钢/DM界面处的接触电阻。

[0031]结果总结在表3中。如表3所示，氮化的G-30和G-35合金与它们的相应的未氮化的合金相比具有低得多的电接触电阻。另外，在腐蚀试验后，氮化合金显示出极微小的ECR变化，而在相同的情况下，未氮化合金的ECR却显著地增加了。

表3 未氮化以及氮化合金的电接触电阻

合金	测试前的ECR毫欧cm²	测试后的ECR毫欧cm²
合金	测试前的ECR毫欧cm²	测试后的ECR毫欧cm²	未氮化的G-30	29	130
氮化的G-30	6.7	8.4	未氮化的G-30	29	130
氮化的G-30	6.7	8.4	未氮化的G-35	26	43
氮化的G-35	8	8.4	未氮化的G-35	26	43

[0032]上述实验表明氮化合金与其相应的未氮化合金相比具有较强的耐腐蚀性和较低的电接触电阻。氮化合金将适合作为燃料电池中的极板的外层。

[0033]实施例2：具有氮化合金双极板的电化学燃料电池

[0034]在机加工和热氮化G-35(阳极和阴极)的金属板上进行了单燃料电池测试。使用由Scribner软件控制的Global Tech测试站来控制燃料电池的电位和/或电流。使用了具有25μm厚度和载有0.4mg cm^-2(每个侧面)铂的Gore5051膜电极组件(MEA)。在25psig的压强、循环相对湿度和80℃的温度下使用了氢气和空气进行了该实验。

[0035]如图5所示，在氮化G-35合金上收集了几乎900小时持续时间，而电池电压或电流密度几乎没有变化。结果表明，在燃料电池中这样的作为双极板的外层的氮化合金将非常好地起作用。此外，从燃料电池收集的产物水的ICP(电感偶合等离子体)金属分析显示，对于总的金属离子污染物来说，低于检测极限值。ICP结果进一步地证实作为双极板的外层的氮化合金的耐用性。

[0036]实施例3：金属复合材料双极板

[0037]对厚度为100μm的AISI 304型的不锈钢板进行冲压来制造直的气体流动通道。哈斯特洛伊合金G-35板在氮气或氮气/氢气气体混合物中在大约1000-1200℃下热氮化大约2-8个小时。将冲压的不锈钢作为底物，将氮化的G-35合金箔当作靶，放入到溅射室中。将室抽真空到大约10^-5帕斯卡的压强，然后回填以惰性氩气至大约0.1到10帕斯卡的压强。在室中产生稳定的等离子体。然后将负偏压应用于氮化的G-35合金靶从而开始溅射工艺。约1nm-3μm的相对均匀的氮化G-35合金层沉积在不锈钢外表面，取决于溅射时间。从而得到了包含低成本不锈钢内部组件和氮化合金外层的金属复合材料双极板。然后双极板可以与MEAs整合而形成单个燃料电池单元和多个燃料电池组。

[0038]哈斯特洛伊合金G-30的组分包括：28-31.5％的Cr、43％的Ni和13-17％的Fe，按重量百分比计。哈斯特洛伊合金G-35的组分包括：33.2％的Cr、58％的Ni和<2％的Fe，按重量百分比计算。AISI304型的不锈钢的组分包括：18-20％的Cr、8-10.5％的Ni和60％的Fe，按重量百分比计。AISI 316型的不锈钢的组分包括：16-18％的Cr、10-14％的Ni和60％的Fe，按重量百分比计。

[0039]上述所描述的本发明的实施方案本质上仅仅是说明性的，因此它的变体不被认为偏离了本发明的精神和范围。

Claims

1、一种用在电化学装置中金属复合材料，所述的金属复合材料包括不锈钢内部组件和沉积的氮化金属外层；其中所述的氮化外层与所述的不锈钢内部组件相比具有较低的电接触电阻和更强的耐腐蚀性。

2、权利要求1的金属复合材料，其中所述的氮化金属外层通过溅射、离子镀、离子注入、等离子体辅助金属镀、热浸镀、真空涂覆、热喷涂或化学气相沉积方法沉积到所述不锈钢内部组件上。

3、权利要求1的金属复合材料，其中所述的氮化金属外层基本上覆盖了所述的不锈钢组件的整个外表面，所述的氮化金属外层的厚度在1nm到10μm的范围内。

4、权利要求1的金属复合材料，其中在200Psi接触压强测量时所述的氮化金属外层的电接触电阻至多为8.4mohm cm²。

5、权利要求1的金属复合材料，其中所述的不锈钢为奥氏体或铁氧体。

6、权利要求1的金属复合材料，其中所述的不锈钢为AISI300型系列的不锈钢板。

7、权利要求1的金属复合材料，其中所述的不锈钢含有至少16％的铬和至少50％的铁。

8、权利要求7的金属复合材料，其中所述的不锈钢进一步地含有至少8％的镍。

9、权利要求8的金属复合材料，其中所述的不锈钢进一步地含有钼。

10、权利要求1的金属复合材料，其中所述的氮化金属外层是氮化合金，其含有0-50％的铁和至少一种选自铝、铬、钨、钼、钒、钛、铌、钽、锆、锰和钴的元素。

11、权利要求10的金属复合材料，其中所述的氮化合金含有至少20％的铬、40％的镍和大约4％的钼。

12、权利要求11的金属复合材料，其中所述的氮化合金是氮化的哈斯特洛伊G-30或G-35型合金。

13、权利要求12的金属复合材料，其中所述的不锈钢内部组件是AISI304型或316型的钢。

14、一种用于电化学燃料电池的双极板，包括不锈钢板材，该不锈钢板材具有在至少一面上的多条通道以及沉积的基本上覆盖了所述不锈钢板的外表面的氮化金属；其中所述的氮化金属与所述的不锈钢相比具有更强的耐腐蚀性和较低的电接触电阻。

15、权利要求14的双极板，其中所述的不锈钢含有至少16％的铬和至少50％的铁，按重量计算。

16、权利要求15的双极板，其中所述的不锈钢进一步地含有8％的镍。

17、权利要求16的双极板，其中所述的不锈钢进一步地含有至少1％的钼。

18、权利要求14的双极板，其中所述的沉积氮化金属通过溅射、离子镀、离子注入、等离子体辅助金属镀、真空涂覆、热喷涂或化学气相沉积方法沉积到所述的不锈钢板上。

19、权利要求14的双极板，其中所述的沉积氮化金属通过溅射方法沉积到所述的不锈钢板上。

20、权利要求14的双极板，其中所述的沉积氮化金属含有0-50％的铁和至少一种选自铝、铬、钨、钼、钒、钛、铌、钽、锆、锰和钴的元素。

21、权利要求20的双极板，其中所述的沉积氮化金属是氮化的镍合金，含有至少40％的镍和至少20％的铬。

22、权利要求21的双极板，其中所述的沉积氮化金属进一步地含有钼。

23、权利要求14的双极板，其中所述的沉积氮化金属是氮化的哈斯特洛伊G-30或G-35合金。

24、权利要求14的双极板，其中所述的不锈钢为AISI304型或316型，所述的沉积氮化金属为通过溅射方法沉积的氮化的哈斯特洛伊G-30或G-35合金。

25、一种电化学燃料电池，包括以交替的方式连接在一起的金属复合材料双极板和电极组件，其中所述的电极组件包括阳极、阴极和连接所述阳极和阴极的膜电解质，所述的双极板包括不锈钢内部组件和沉积的氮化金属合金外层；所述的氮化合金外层与所述的不锈钢内部组件相比具有较强的耐腐蚀性和较低的电接触电阻。

26、权利要求25的电化学燃料电池，其中所述的不锈钢内部组件含有至少16％的铬、至少50％的铁和至少8％的镍，按重量计算。

27、权利要求26的电化学燃料电池，其中所述的不锈钢内部组件进一步地含有钼。

28、权利要求25的电化学燃料电池，其中所述的不锈钢内部组件为AISI304型或316型。

29、权利要求25的电化学燃料电池，其中所述的沉积的氮化金属合金含有0-50％的铁和至少一种选自铝、铬、钨、钼、钒、钛、铌、钽、锆、锰和钴的元素。

30、权利要求25的电化学燃料电池，其中所述的沉积的氮化金属合金含有至少20％的铬和至少40％的镍。

31、权利要求25的电化学燃料电池，其中所述的沉积金属合金通过溅射方法沉积。

32、权利要求25的电化学燃料电池，其中所述的不锈钢内部组件为304型或316型，所述的沉积的氮化合金为氮化的哈斯特洛伊G-30或G-35合金。

33、一种用于电化学装置的金属复合材料的制备方法，其包括：

提供不锈钢组件；

在所述的不锈钢组件中形成多条通道；

提供金属合金，该金属合金含有0-50％的铁和添加剂，该添加剂含有铝、铬、钨、钼、钒、钛、铌、钽、锆、锰或钴中的至少一种；

将所述的不锈钢组件和所述的金属合金放置于惰性气体或含氮气的气氛(nitrogen gas containing atmosphere)中；和

通过溅射、离子镀、离子注入、化学气相沉积、等离子体辅助金属沉积、或热喷涂将所述的金属合金沉积到所述的不锈钢组件的外表面以形成氮化合金外层。

34、权利要求33的金属复合材料的制备方法，其中所述的金属合金是氮化合金。

35、权利要求33的金属复合材料的制备方法，其中所述的不锈钢含有至少16％的铬、50％的铁和8％的镍。

36、权利要求34的金属复合材料的制备方法，其中所述的不锈钢进一步地含有钼。

37、权利要求33的金属复合材料的制备方法，其中所述的多条通道通过冲压方法制造。

38、权利要求33的金属复合材料的制备方法，其中所述的含氮气氛(nitrogencontaining atmosphere)含有至少一种选自氮气(nitrogen gas)、氨气(ammonia)以及它们的混合物的氮化合物(nitrogen compound)。

39、权利要求33的金属复合材料的制备方法，其中所述的氮化金属合金通过溅射方法沉积在所述的不锈钢上。

40、权利要求33的金属复合材料的制备方法，其中所述的金属合金是镍合金，其含有至少40％的镍和至少20％的铬。

41、权利要求40的金属复合材料的制备方法，其中所述的金属合金进一步地含有至少2％的钼。

42、权利要求33的金属复合材料的制备方法，其中所述的不锈钢为304型或316型，所述的金属合金为哈斯特洛伊G-30或G-35型。