DE102019101504A1 - Edelstahl-Substrat - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein Edelstahl-Substrat bereit, welches für einen Brennstoffzellenseparator verwendet wird, welches Nb enthält und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist. Die Ausführungsformen betreffen ein Edelstahl-Substrat, welches für einen Brennstoffzellenseparator verwendet wird, welches Nb in einem Zustand fester Lösung enthält, und im Wesentlichen keine Ausfällung einer Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung enthält.

Description

  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Edelstahl-Substrat zur Verwendung als ein Brennstoffzellenseparator. Außerdem betrifft die vorliegende Offenbarung einen Brennstoffzellenseparator. Außerdem betrifft die vorliegende Offenbarung eine Brennstoffzelle. Außerdem betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Edelstahl-Substrats zur Verwendung als ein Brennstoffzellenseparator.
  • Stand der Technik
  • Eine Zelle einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle umfasst eine Membranelektrodeneinheit (MEA), welche eine ionendurchlässige Elektrolytmembran, und eine Anodenseite-Katalysatorschicht (Elektrodenschicht) und eine Kathodenseite-Katalysatorschicht (Elektrodenschicht), welche die Elektrolytmembran sandwichartig umgeben, umfasst. Gasdiffusionsschichten (GDL) zum Zuführen eines Brennstoffgases oder eines Oxidationsgases bzw. Oxidansgases und Sammeln von mittels einer elektrochemischen Reaktion erzeugten Elektrizität, sind auf beiden Seiten der Membranelektrodeneinheit ausgebildet. Die Membranelektrodeneinheit, welche die auf beiden Seiten angeordneten GDL aufweist, wird als eine MEGA (Membranelektrode & Gasdiffusionsschichteinheit) bezeichnet, und die MEGA ist zwischen einem Paar an Separatoren sandwichartig angeordnet bzw. eingebettet bzw. von einem Paar von Separatoren sandwichartig umgeben. Die MEGA ist hier der Stromerzeugungsabschnitt der Brennstoffzelle, und wenn keine Gasdiffusionsschichten vorliegen, ist die Membranelektrodeneinheit der Stromerzeugungsabschnitt der Brennstoffzelle.
  • Als ein in einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle verwendeter Edelstahl offenbart JP 2010-205443 A Edelstahl für einen Polymerelektrolyt-Brennstoffzellenseparator mit einer kleinen Menge an bei hoher Spannung gelösten Ionen, enthaltend: C: 0,03 % oder weniger, N: 0,03 % oder weniger, Si: 0,01 bis 2,0 %, Mn: 0,01 bis 2,0 %, Al: 0,001 bis 0,3 %, Cr: 20 bis 35 %, Mo: 4,0 % oder weniger, und Nb: 0,2 bis 2,0 % hinsichtlich Massen-%, der Rest ist Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, und ferner genügen die Menge an Cr, die Menge an Nb, und die Menge an Mo dem Zusammenhang einer vorbestimmten Formel. Außerdem beschreibt JP 2010-205443 A , dass Nb ein wirksames Element zur Fixierung von C und N in Stahl als ein Carbonitrid ist, um die Korrosionsbeständigkeit und Pressformbarkeit zu verbessern.
  • Außerdem offenbart die internationale Veröffentlichung Nr. WO 2016/052622 ein ferritisches Edelstahlmaterial, welches eine vorbestimmte chemische Zusammensetzung aufweist und in welchem ein durch eine vorbestimmte Formel berechneter Wert 20 bis 45 % ist und Borid-basierte, metallische Ausfällungen bzw. Präzipitate vom M2B-Typ in einer lediglich eine Ferrit-Phase enthaltenden Stammphase dispergiert sind, und der Oberfläche ausgesetzt sind. Außerdem beschreibt die internationale Veröffentlichung Nr. WO 2016/052622 , dass Nb ein optional zugegebenes Element in der Erfindung der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2016/052622 ist, aber ein Element zur Stabilisierung von C und N in Stahl ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Wie vorstehend beschrieben, ist bekannt, dass Nb als ein Sensibilisierungsinhibitor zu einem als ein Brennstoffzellen-Separator verwendetes Edelstahl-Substrat zugegeben wird. Die Sensibilisierung ist hier ein Phänomen, in welchem die Cr-Konzentration entlang der Korngrenzen in einem Metall sinkt, und Cr-Defizit- bzw. Cr-Unterschussabschnitte (Abschnitte mit geringer Cr-Konzentration) gebildet werden. Die Sensibilisierung wird durch die Tatsache bewirkt, dass Kohlenstoff, welcher als eine Verunreinigung um den Korngrenzen vorliegt, Metallcarbide (Cr23C6 und ähnliches) mit Cr bildet, und Cr um die Korngrenzen sammelt.
  • Selbst wenn ein Edelstahl-Substrat, dessen Korrosionsbeständigkeit durch das Enthalten von Nb als ein Sensibilisierungsinhibitor verbessert ist, als ein Brennstoffzellen-Separator verwendet wird, kann Korrosion in einer korrosiven Umgebung auftreten. Insbesondere, wenn ein Separator einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle in eine für Edelstahl harsche, korrosive Umgebung einschließlich der Lösung der F--Ionen aus der Feststoff-Polymermembran, dem Eintritt von Cl--Ionen von der Außenluft, und einen geringen pH aufgrund der Konzentration von H+-Ionen im erzeugten Wasser, gebracht wird, kommt deshalb das vorstehende Problem deutlich zum Vorschein. Deshalb wird ein Edelstahl-Substrat, welches für einen Brennstoffzellen-Separator verwendet wird, benötigt, um eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufzuweisen.
  • Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung ein für eine Brennstoffzelle verwendetes Edelstahl-Substrat bereit, welches Nb enthält und hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit ausgezeichnet ist.
  • Die vorliegenden Erfinder haben sorgfältig untersucht und erstmals herausgefunden, dass intermetallische Verbindungen, welche Nb enthalten, das heißt, Nb-enthaltende intermetallische Verbindungen, in einem Nb-enthaltenden Edelstahl-Substrat ausgefällt werden, die Ausfällungen bzw. Präzipitate dieser Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen sich als Metallionen in einer korrosiven Umgebung lösen, und Lochfraßkorrosion im Edelstahl-Substrat mit diesen gelösten Teilchen, welche Startpunkte darstellen, auftritt.
  • Insbesondere liegen beispielsweise in einem kommerziell erhältlichen, Nb-enthaltenden Edelstahl-Substrat (zum Beispiel SUS447J1L) Ausfällungen bzw. Präzipitate von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen vor, wie in der TEM-Photographie von 1 gezeigt. Die Ausfällungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen liegen besonders um die bzw. an den Korngrenzen vor. Wie in 2 gezeigt, werden, wenn diese Ausfällungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen in die korrosive Umgebung einer Brennstoffzelle, in welcher eine Säure, Fluorid-Ionen, Chlorid-Ionen, und ähnliches vorliegen, gebracht werden, lösen sich die Ausfällungen als Metallionen. Anschließend schreitet mit diesen gelösten Teilchen, welche die Startpunkte darstellen, die Korrosion weiter fort, und Lochfraßkorrosion tritt im Edelstahl-Substrat auf. Insbesondere zeigt 2(A) einen Zustand, in welchem eine Ausfällung einer Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung in einem Edelstahl-Substrat vorliegt. Als nächstes, wie in 2(B) gezeigt, löst sich diese Ausfällung der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung im erzeugten Wasser, welches eine Säure, Fluorid-Ionen, Chlorid-Ionen, und ähnliches enthält. Insbesondere wird im Betrieb einer Brennstoffzelle Spannung angelegt, und deshalb schreitet die Lösung bzw. Auflösung der Ausfällung bzw. des Präzipitats wahrscheinlich fort. Als nächstes schreitet, wie in 2(C) gezeigt, die Lochfraßkorrosion mit einem Loch, welches durch die Lösung der Ausfällung als ein Startpunkt gebildet wurde, voran.
  • Die vorliegenden Erfinder haben ein Edelstahl-Substrat, in welchem im Wesentlichen keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen vorliegen, durch Erwärmen eines Edelstahl-Substrats, um Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen zu lösen, und anschließendes Abschrecken bzw. Quenchen des Edelstahl-Substrats erhalten. Anschließend haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass dieses Edelstahl-Substrat, welches im Wesentlichen keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthält, ein hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit ausgezeichneter Brennstoffzellenseparator ist, und gelangten zu den Ausführungsformen.
  • Beispiele von Aspekten der Ausführungsformen werden nachstehend beschrieben.
    1. (1) Ein Edelstahl-Substrat, welches für einen Brennstoffzellenseparator verwendet wird, welches Nb in einem Mischkristallzustand bzw. Zustand fester Lösung enthält, und im Wesentlichen keine Ausfällung einer Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung enthält.
    2. (2) Das Edelstahl-Substrat gemäß Punkt (1), welches Nb in einem Bereich von 0,05 bis 0,50 Massen-% enthält.
    3. (3) Ein Brennstoffzellenseparator, welcher ein Edelstahl-Substrat enthält, wobei das Edelstahl-Substrat Nb in einem Zustand fester Lösung enthält, und im Wesentlichen keine Ausfällung einer Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung enthält.
    4. (4) Der Brennstoffzellenseparator gemäß Punkt (3), wobei das Edelstahl-Substrat Nb in einem Bereich von 0,05 bis 0,50 Massen-% enthält.
    5. (5) Eine Brennstoffzelle, umfassend:
      • der Brennstoffzellenseparator gemäß Punkt (3) oder (4); und
      • eine Feststoff-Elektrolytmembran.
    6. (6) Die Brennstoffzelle gemäß Punkt (5), wobei die Feststoff-Elektrolytmembran ein Fluor-basiertes Elektrolytharz enthält.
    7. (7) Ein Verfahren zur Herstellung eines Edelstahl-Substrats zur Verwendung als ein Brennstoffzellenseparator, umfassend:
      • Erwärmen eines Edelstahl-Substrats, welches eine Ausfällung einer Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung enthält, in einer inerten Atmosphäre, um die Nb-enthaltende, intermetallische Verbindung zu lösen; und
      • Abschrecken des Edelstahl-Substrats nach der Wärmebehandlung.
    8. (8) Das Verfahren zur Herstellung eines Edelstahl-Substrats gemäß Punkt (7), umfassend die Herstellung des Edelstahl-Substrats, welches die Ausfällung der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung enthält, mittels der Schritte, umfassend Schmelzen eines Rohstoffs aus Edelstahl, welches mindestens Nb enthält, Gießen eines Edelstahl-Substrats vom geschmolzenen Rohstoff, Heißwalzen des Guss-Edelstahl-Substrats, Kaltwalzen des heißgewalzten Edelstahl-Substrats, und Beizen des kaltgewalzten Edelstahl-Substrats.
  • Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung kann ein Edelstahl-Substrat bereitstellen, welches für einen Brennstoffzellenseparator, welcher Nb enthält und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, verwendet wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein TEM-Foto eines Edelstahl-Substrats;
    • 2 ist ein schematisches Diagramm zur Erklärung eines Flusses, in welchem Lochfraßkorrosion mit einem Loch auftritt, welches durch die Lösung bzw. Auflösung einer Ausfällung einer Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung, welche ein Startpunkt ist, gebildet wurde;
    • 3 ist ein schematisches Diagramm, welches Beispiele der Anordnungen bzw. Konfigurationen von Vorrichtungen bzw. Apparaten zeigt, welche in einem Wärmebehandlungsschritt und einem Abschreckschritt in einem Verfahren zur Herstellung eines Edelstahl-Substrats gemäß den Ausführungsformen verwendet wurden;
    • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erklärung eines Beispiels der Anordnung einer Brennstoffzelle gemäß den Ausführungsformen;
    • 5 ist ein Diagramm, welches die Temperaturprofile der Wärmebehandlungsschritte und Abschreckschritte in den Beispielen oder Vergleichsbeispielen zeigt;
    • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erklärung der Anordnung eines Lückenbildungselements, welches in einem Lochfraß-Korrosionsbeständigkeitstest in den Beispielen verwendet wurde;
    • 7 ist ein Diagramm, welches ein EPMA-Foto eines Edelstahl-Substrats E1 zeigt, welches in Beispiel 1 (950 °C, Abschrecken) erhalten wurde;
    • 8 ist ein Diagramm, welches ein EPMA-Foto eines Edelstahl-Substrats E4 zeigt, welches in Beispiel 4 (1150 °C, Abschrecken) erhalten wurde;
    • 9 ist ein Diagramm, welches ein EPMA-Foto eines Edelstahl-Substrats C2 zeigt, welches in Vergleichsbeispiel 2 (1150 °C, Luftkühlen) erhalten wurde; und
    • 10 ist ein Diagramm, welches ein EPMA-Foto eines Edelstahl-Substrats C3 zeigt, welches in Vergleichsbeispiel 3 (SUS447J1L) erhalten wurde.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Aspekte der Ausführungsformen werden nachstehend beschrieben.
  • (Edelstahl-Substrat)
  • Ein Aspekt der Ausführungsformen betrifft ein für einen Brennstoffzellenseparator verwendetes Edelstahl-Substrat, welches Nb in einem Zustand fester Lösung bzw. Mischkristall enthält, und im Wesentlichen keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthält.
  • Das Edelstahl-Substrat gemäß den Ausführungsformen enthält Nb, und deshalb wird die Sensibilisierung unterdrückt. Außerdem ist im Edelstahl-Substrat gemäß den Ausführungsformen Nb hauptsächlich in einem Zustand fester Lösung im Substrat enthalten, und das Edelstahl-Substrat gemäß den Ausführungsformen enthält im Wesentlichen keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen, und deshalb liegen im Wesentlichen keine Teile vor, welche sich lösen können, um die Startpunkte der Korrosion in einer korrosiven Umgebung zu sein. Deshalb kann im Edelstahl-Substrat gemäß den Ausführungsformen das Auftreten von Korrosion unterdrückt werden, selbst in einer korrosiven Umgebung in einer Brennstoffzelle, insbesondere in der hoch-korrosiven Umgebung einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle oder ähnlichem.
  • Wie hier verwendet, bedeutet „enthält im Wesentlichen keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen“, dass im Edelstahl-Substrat gemäß den Ausführungsformen gar keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen vorliegen, oder Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen nur in dem Ausmaß vorliegen, dass das Erhalten der Wirkung der Ausführungsformen nicht gehindert ist, selbst wenn sie vorliegen. Mit anderen Worten bedeutet „enthält im Wesentlichen keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen“, dass das Edelstahl-Substrat gemäß den Ausführungsformen Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen in dem Ausmaß enthalten kann, dass das Erhalten der Wirkung der Ausführungsformen nicht gehindert ist. Wie hier verwendet, beziehen sich Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen auf Ausfällungen, welche Nb mit einer Konzentration von 0,5 Massen-% oder mehr enthalten.
  • Wie hier verwendet, bedeutet Edelstahl Stahl, welcher 1,2 Massen-% oder weniger C und 10,5 % oder mehr Cr enthält, wie in den japanischen Industriestandards (JIS) definiert.
  • In einigen Ausführungsformen ist der im Edelstahl-Substrat enthaltene Gehalt an Nb, 0,05 Massen-% oder mehr und 0,50 Massen-% oder weniger. Wenn der Gehalt an Nb 0,05 Massen-% oder mehr ist, kann die Funktion von Nb als ein Sensibilisierungsinhibitor wirkungsvoll bzw. effektiv gezeigt werden. Wenn der Gehalt an Nb 0,50 Massen-% oder weniger ist, kann die Bildung von Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen effektiv unterdrückt werden. In einigen Ausführungsformen ist der Gehalt an Nb, welcher im Edelstahl-Substrat enthalten ist, 0,10 Massen-% oder mehr. In einigen Ausführungsformen ist der Gehalt an Nb, welcher im Edelstahl-Substrat enthalten ist, 0,40 Massen-% oder weniger, oder 0,30 Massen-% oder weniger.
  • In den Ausführungsformen bedeutet in einigen Fällen „enthält im Wesentlichen keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen“, dass die Anzahl an Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen, welche einen Partikeldurchmesser von 2 µm oder mehr aufweisen, fünf oder weniger ist (zum Beispiel, drei oder weniger) in einem Bild (Größe: 50 µm lang × 50 µm breit), welches durch Untersuchen des Edelstahl-Substrats mittels EPMA (Vergrößerung: 1000) erhalten wurde. Der Partikeldurchmesser bedeutet der Durchmesser eines Kreises mit derselben Fläche wie eine Ausfällung einer Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung (Äquivalentkreis-Durchmesser) auf dem Bild. Der Partikeldurchmesser kann beispielsweise unter Verwendung kommerziell erhältlicher Software berechnet werden. Beispiele derselben können WinRoof einschließen.
  • In einigen Ausführungsformen enthält das Edelstahl-Substrat Fe als die Hauptkomponente, und enthält 18 bis 30 Massen-% Cr, 0 bis 2,0 Massen-% Mo, 0 bis 0,02 Massen-% C, und 0 bis 0,02 Massen-% N, 0 bis 0,1 Massen-% Cu, 0 bis 0,05 Massen-% Al, 0 bis 0,4 Massen-% Si, 0 bis 0,001 Massen-% S, 0 bis 0,03 Massen-% P, 0 bis 0,1 Massen-% Mn, und 0,05 bis 0,50 Massen-% Nb.
  • Das Edelstahl-Substrat ist nicht besonders beschränkt, und ist beispielsweise austenitisch, ferritisch, oder duplex austenitisch-ferritisch.
  • Die Gestalt des Edelstahl-Substrats ist nicht besonders beschränkt, und ist beispielsweise eine Plattenform.
  • Das Edelstahl-Substrat kann einen Schutzfilm, wie einen Metalloxid-Film, auf seiner Oberfläche umfassen, welcher ein anderer ist als ein auf der Oberfläche des Edelstahl-Substrats zwangsweise gebildeter Oxid-Film. Der Metalloxid-Film kann beispielsweise mittels eines physikalischen Dampfabscheidungsverfahrens („physical vapor deposition“, PVD) unter Verwendung von Sputtern, Vakuum-Abscheidung, ionisierter Abscheidung, Ionenplattieren, oder ähnlichem gebildet werden. Beispiele des Metalloxid-Films umfassen Zinnoxid mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit.
  • (Verfahren zur Herstellung eines Edelstahl-Substrats)
  • Ein Aspekt der Ausführungsformen ist ein Verfahren zur Herstellung eines Edelstahl-Substrats zur Verwendung als ein Brennstoffzellenseparator, umfassend einen Wärmebehandlungsschritt des Erwärmens eines Edelstahl-Substrats, welches Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthält, unter einer Inertgas-Atmosphäre, um die Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen zu lösen; und einen Abschreckschritt des Abschreckens des Edelstahl-Substrats nach dem Wärmebehandlungsschritt. Mittels der Ausführungsformen kann ein Edelstahl-Substrat, welches Nb in einem Zustand fester Lösung enthält, und welches im Wesentlichen keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthält, erhalten werden.
  • Im Wärmebehandlungsschritt wird ein Edelstahl-Substrat, welches Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthält, unter einer Inertgas-Atmosphäre erwärmt, um die Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen zu lösen. Durch das Erwärmen des Edelstahl-Substrats unter der Inertgas-Atmosphäre kann eine Oxidation auf der Oberfläche des Edelstahls unterdrückt werden.
  • Das Edelstahl-Substrat, welches behandelt werden soll, kann von einem Edelstahl-Rohstoff hergestellt werden. Insbesondere kann das zu behandelnde Edelstahl-Substrat mittels den Schritten, welche einen Rohstoff-Schmelzschritt, einen Gießschritt, einen Heißwalzschritt, einen Kaltwalzschritt, und einen Beizschritt enthalten, hergestellt werden. Mit anderen Worten wird in einer Ausführungsform das Edelstahl-Substrat, welches die Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthält, mittels eines Schrittes hergestellt, welcher einen Schmelzschritt des Schmelzens eines zumindest Nb-enthaltenden Edelstahl-Rohstoffes, einen Gießschritt des Gießens eines Edelstahl-Substrats aus dem geschmolzenen Rohstoff, einen Heißwalzschritt des Heißwalzens des gegossenen Edelstahl-Substrats, einen Kaltwalzschritt des Kaltwalzens des heißgewalzten Edelstahl-Substrats, und einen Beizschritt, welcher das kaltgewalzte Edelstahl-Substrat einer Beizbehandlung unterzieht, enthält.
  • Als der Edelstahl-Rohstoff kann beispielsweise Edelstahl-Pulver verwendet werden. Das Edelstahl-Pulver enthält in einigen Ausführungsformen beispielsweise Fe als die Hauptkomponente, und enthält 18 bis 30 Massen-% Cr und 0,05 bis 0,50 Massen-% Nb.
  • Das zu behandelnde Edelstahl-Substrat ist ein Edelstahl-Substrat, welches Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthält, und beispielsweise kann ein kommerziell erhältliches Edelstahl-Substrat verwendet werden. Als ein derartiges Edelstahl-Substrat kann beispielsweise SUS447J1L, SUS444, SUS429, und SUS430J1L verwendet werden.
  • Beispiele der Ausfällungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthalten NbFe2, NbMo, und NbCr. Das Vorliegen bzw. die Anwesenheit der Ausfällungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen kann beispielsweise mittels TEM, EPMA, oder eines Rückstands-Extraktionsverfahrens bestätigt werden.
  • Die Zusammensetzungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen können beispielsweise mittels EDS, XRD, oder EELS bestimmt werden.
  • Phasendiagramme können aus den Zusammensetzungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen mittels Thermo-Calc (integriertes, thermodynamisches Berechnungssystem) oder ähnlichem erstellt werden, um Temperaturen, bei welchen sich die Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen lösen, zu erfassen.
  • Ob die Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen im Basismaterial gelöst sind oder nicht kann durch Untersuchung der Edelstahl-Substrate vor und nach der Behandlung mittels EPMA oder TEM bestätigt werden.
  • Die Erwärmungstemperatur im Wärmebehandlungsschritt ist eine Temperatur, bei welcher die im Edelstahl-Substrat vorliegenden Ausfällungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen vor dem Wärmebehandlungsschritt gelöst werden. In einigen Ausführungsformen ist die Erwärmungstemperatur im Wärmebehandlungsschritt 950 °C oder mehr, 1000 °C oder mehr, 1050 °C oder mehr, 1100 °C oder mehr, oder 1125 °C oder mehr. Durch Einstellen der Wärmetemperatur auf 950 °C oder mehr können die Ausfällungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen im Basismaterial effektiv gelöst werden. In einigen Ausführungsformen ist die Erwärmungstemperatur im Wärmebehandlungsschritt 1200 °C oder weniger. Durch Einstellen der Wärmetemperatur auf 1200 °C oder weniger, ist ein Ofen mit einer hohen Wärmebeständigkeit unnötig bzw. nicht erforderlich. Die Erwärmungszeit bzw. Warmhaltezeit kann gemäß dem Zustand fester Lösung der Ausfällungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen angemessen ausgewählt werden, und ist beispielsweise 0,1 bis 60 Minuten.
  • Nach dem Wärmebehandlungsschritt wird der Abschreckschritt ausgeführt, um rasch die Temperatur des Edelstahl-Substrats zu verringern. Durch rasches Verringern der Temperatur wird das Ausfällen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen unterdrückt, und ein Edelstahl-Substrat, welches im Wesentlichen keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthält, kann erhalten werden.
  • Beispiele des Abschreckungsmittels umfassen Gaskühlung, Wasserkühlung, oder Ölkühlung. Beispiele des Gases, welches zur Gaskühlung verwendet wird, umfassen Ar, He, NH3-Zersetzungsgas, und N2.
  • In einigen Ausführungsformen ist die mittlere Kühlgeschwindigkeit auf 500 °C 300 °C/s, oder 500 °C/s oder mehr. Durch Einstellen der mittleren Kühlgeschwindigkeit auf 500 °C auf 300 °C/s oder mehr, kann das Ausfällen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen effektiver unterdrückt werden. Die mittlere Kühlgeschwindigkeit wird durch Dividieren eines Wertes, welcher durch Subtraktion von 500 °C von der Temperatur des Wärmebehandlungsschrittes erhalten wird, durch die Zeit, bis 500 °C vom Start des Kühlens erreicht sind, erhalten.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Heizvorrichtung 41 zum Ausführen einer Wärmebehandlung, und eine Kühlvorrichtung 42 zum Ausführen einer Abschreckbehandlung zeigt. Die Heizvorrichtung 41 erwärmt das Edelstahl-Substrat 40, welches Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthält, durch die Heizkörper 43, während das Edelstahl-Substrat 40 in Richtung des Pfeils transportiert wird. Zum Beispiel kann das Edelstahl-Substrat 40, welches einer Beizbehandlung unterzogen wurde, direkt in die Heizvorrichtung 41 transportiert werden. Im Inneren der Heizvorrichtung 41 wird eine Inertatmosphäre bzw. inerte Atmosphäre 44 durch ein Inertgas oder ähnlichem bereitgestellt, und somit kann die Wärmebehandlung ausgeführt werden, während die Oberflächenoxidation unterdrückt wird. Als nächstes wird ein Kühlmittel wie ein Kühlgas auf das wärmebehandelte Edelstahl-Substrat 40 von den Abschreckgasdüsen 45 der Kühlvorrichtung 42 zur Abschreckbehandlung geblasen. Diese Abschreckbehandlung kann ebenso durch Transport ausgeführt werden.
  • Der Wärmebehandlungsschritt und der Abschreckschritt können ebenso zum Beispiel unter Verwendung einer Heiz- und Kühlvorrichtung ausgeführt werden, welche eine Wärmekammer zum Unterziehen einer Wärmebehandlung für das Edelstahl-Substrat enthält, und eine Kühlkammer zum Abschrecken des in der Wärmekammer erwärmten Edelstahl-Substrats. Zuerst wird das Edelstahl-Substrat, welches die Ausfällungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen enthält, in die Wärmekammer eingebracht. Bevor ein Inertgas zugeführt wird, wird die Wärmekammer evakuiert. Anschließend wird ein Inertgas (zum Beispiel, Ar oder He), dessen Kondensationspunkt durch eine Kondensationspunkt-Einstellvorrichtung eingestellt wird, in die Wärmekammer von einer Inertgas-Versorgungsquelle zugeführt. Als nächstes wird das Innere der Wärmevorrichtung unter Verwendung eines Heizkörpers erwärmt, um die im Edelstahl-Substrat vorliegenden Ausfällungen der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen zu lösen. Nachdem die Wärmebehandlung abgeschlossen ist, wird das Inertgas von der Wärmekammer entladen. Als nächstes wird die wärmeisolierte Türe bzw. Wärmeisolationstüre zwischen der Wärmekammer und der Kühlkammer geöffnet, und das Edelstahl-Substrat wird von der Wärmekammer zur Kühlkammer durch Fördermittel bzw. Transportmittel überführt. Wenn das Edelstahl-Substrat zur Kühlkammer überführt worden ist, wird die wärmeisolierende Türe geschlossen, und ein gekühltes Inertgas (zum Beispiel Ar oder He) wird von der Gaszuführungsquelle in die Kühlkammer zugeführt, und das gekühlte Gas wird zum Abschrecken auf das Edelstahl-Substrat geblasen. Das Inertgas wird in die Kühlkammer zugeführt, während die Temperatur des Inertgases auf beispielsweise 30 °C oder weniger eingestellt wird.
  • (Struktur der Brennstoffzelle)
  • Eine Brennstoffzelle gemäß den Ausführungsformen wird nachstehend mit Bezug zur Zeichnung beschrieben. Ein Fall, in welchem ein Brennstoffzellenseparator gemäß den Ausführungsformen auf eine Brennstoffzelle angewandt wird, um in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug oder ähnlichem montiert zu werden, wird nachstehend als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht durch ein derartiges Beispiel beschränkt.
  • 4 ist ein Diagramm eines Hauptteils eines Brennstoffzellenstapels (Brennstoffzelle) 10 im Querschnitt betrachtet. Wie in 4 gezeigt, ist eine Mehrzahl an Zellen (einzelne Zellen) 1, welche Basiseinheiten sind, im Brennstoffzellenstapel 10 laminiert. Jede Zelle 1 ist eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, welche eine elektromotorische Kraft mittels einer elektrochemischen Reaktion eines Oxidansgases bzw. Oxidationsgases (zum Beispiel Luft) und eines Brennstoffgases (zum Beispiel Wasserstoff) erzeugt. Die Zelle 1 enthält eine MEGA 2 und einen Separator 3, welcher in Kontakt mit der MEGA 2 ist, um die MEGA2 zu definieren. In den Ausführungsformen ist die MEGA 2 von einem Paar an Separatoren 3 und 3 sandwichartig umgeben.
  • In der MEGA 2 sind eine Membranelektrodeneinheit (MEA) 4 und Gasdiffusionsschichten 7 und 7, welche auf beiden Oberflächen der Membranelektrodeneinheit 4 angeordnet sind, eingebaut bzw. integriert. Die Membranelektrodeneinheit 4 umfasst eine Elektrolytmembran 5 und ein Paar an Elektroden 6 und 6, welche derart verbunden sind, um die Elektrolytmembran 5 sandwichartig zu umgeben. Die Elektrolytmembran 5 umfasst eine protonenleitfähige Ionenaustauschmembran, welche aus einem Feststoffpolymer-Material gebildet ist. Die Elektrode 6 ist beispielsweise aus einem porösen Kohlenstoffmaterial, welches einen Katalysator wie Platin trägt, gebildet. Die Elektrode 6, welche auf einer Seite der Elektrolytmembran 5 angeordnet ist, ist eine Anode, und die Elektrode 6 auf der anderen Seite ist eine Kathode. Die Gasdiffusionsschicht 7 ist aus einem elektrisch leitfähigen Element mit Gasdurchlässigkeit gebildet. Beispiele des elektrisch leitfähigen Elements mit Gasdurchlässigkeit umfassen poröse Kohlenstoff-Körper wie Kohlepapier oder Kohlenstofftuch, oder poröse Metall-Körper wie Metallnetze oder geschäumte Metalle.
  • Die MEGA 2 ist der Stromerzeugungsabschnitt der Brennstoffzelle 10, und der Separator 3 ist in Kontakt mit der Gasdiffusionsschicht 7 der MEGA 2. Wenn die Gasdiffusionsschicht 7 nicht vorliegt, ist die Membranelektrodeneinheit 4 der Stromerzeugungsabschnitt, und in diesem Fall ist der Separator 3 in Kontakt mit der Membranelektrodeneinheit 4. Deshalb enthält der Stromerzeugungsabschnitt der Brennstoffzelle 10 die Membranelektrodeneinheit 4 und ist in Kontakt mit dem Separator 3.
  • Der Separator 3 ist ein plattenförmiges Element, welches ein Metall mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit, Gasundurchlässigkeit und ähnlichem als ein Substrat verwendet. Eine Oberfläche des Separators 3 grenzt an die Gasdiffusionsschicht 7 der MEGA 2, und die andere Oberfläche grenzt an einen anderen, benachbarten Separator 3.
  • Jeder Separator 3 ist in einer gewellten Gestalt bzw. Form ausgebildet. Für die Gestalt des Separators 3 ist die Gestalt einer Welle ein gleichschenkliges Trapez, und die Spitze der Welle ist flach, und beide Enden dieser Spitze bilden gleiche Winkel und sind eckig bzw. kantig. Mit anderen Worten, jeder Separator 3 weist im Wesentlichen dieselbe Gestalt auf, unabhängig davon, ob er von der Vorderseite oder von der Rückseite betrachtet wird. Die Spitze des Separators 3 ist in Oberflächenkontakt mit einer Gasdiffusionsschicht 7 der MEGA 2, und die Spitze des Separators 3 ist in Oberflächenkontakt mit der anderen Gasdiffusionsschicht 7 der MEGA 2.
  • Die zwischen der Gasdiffusionsschicht 7 und dem Separator 3 auf der Seite der einen Elektrode (das heißt, Anode) 6 definierten Gasströmungspfade 21 sind Strömungspfade, durch welche ein Brennstoffgas strömt, und die zwischen der Gasdiffusionsschicht 7 und dem Separator 3 auf der Seite der anderen Elektrode (das heißt, Anode) 6 definierte Gasströmungspfade 22 sind Strömungspfade, durch welche ein Oxidationsgas bzw. Oxidansgas strömt. Wenn das Brennstoffgas zu den Gasströmungspfaden 21 auf einer gegenüberliegenden Seite über die Zelle 1 zugeführt wird, und das Oxidansgas zu den Gasströmungspfaden 22 zugeführt wird, tritt eine elektrochemische Reaktion in der Zelle 1 auf, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen.
  • Ferner sind eine Zelle 1 und eine zu der Zelle 1 benachbarte, andere Zelle 1 zu der Elektrode 6, welche eine Anode ist, und zu der Elektrode 6, welche eine Kathode ist, einander gegenüber angeordnet. Außerdem sind die Rückseitenfläche des Separators 3, welche entlang der Elektrode 6, welche eine Anode in einer Zelle 1 ist, angeordnet ist, und die Rückseitenfläche des Separators 3, welche entlang der Elektrode 6, welche eine Kathode in einer anderen Zelle 1 ist, angeordnet ist, im Oberflächenkontakt miteinander. Wasser als ein Kühlmittel zum Kühlen der Zellen 1 strömt durch die Räume 23, welche zwischen den Separatoren 3 und 3, welche in Oberflächenkontakt miteinander sind, definiert sind, zwischen zwei benachbarten Zellen 1.
  • Der Brennstoffzellenseparator gemäß den Ausführungsformen enthält das Edelstahl-Substrat gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Schutzfilme wie Zinnoxid-Filme können auf beiden Oberflächen des Edelstahl-Substrats (das heißt, die Oberfläche auf der Seite, welche in Kontakt mit der Gasdiffusionsschicht 7 sein soll, und die Oberfläche auf der Seite, welche mit dem benachbarten Separator 3 in Kontakt sein soll) aufgebracht sein.
  • Der Brennstoffzellenseparator in den Ausführungsformen ist ausgezeichnet hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit, selbst in einer hoch-korrosiven Umgebung.
  • In einer Brennstoffzelle werden wahrscheinlich Fluorid-Ionen von einem Fluor-basierten Elektrolytharz, wie einem Perfluorsulfonsäure-basierten Polymer, wie vorstehend beschrieben, erzeugt. Deshalb ist, wenn eine Brennstoffzelle eine Feststoff-Elektrolytmembran verwendet, welche ein Fluor-basiertes Elektrolytharz enthält, der Brennstoffzellenseparator gemäß den Ausführungsformen besonders nützlich. Beispiele des Fluorbasierten Elektrolytharzes umfassen Perfluorsulfonsäure-basierte Polymere. Spezifische Beispiele können Nafion (Handelsname, hergestellt von DuPont), Flemion (Handelsname, hergestellt von Asahi Glass Co., Ltd.), und Aciplex (Handelsname, hergestellt von Asahi Kasei Corporation) umfassen. Unter diesen kann Nafion (Handelsname, hergestellt von DuPont) geeignet verwendet werden, da es eine ausgezeichnete Protonenleitfähigkeit aufweist.
  • Beispiele
  • Die Ausführungsformen werden nachstehend, basierend auf den Beispielen, beschrieben.
  • [Beispiel 1]
  • Ein SUS447J1L Plattenmaterial (Nb-Gehalt: 0,20 Massen-%, Cr-Gehalt: 30 Massen-%, Mo-Gehalt: 2,0 Massen-%, C-Gehalt: 0,015 Massen-%, N-Gehalt: 0,015 Massen-%) wurde als ein Nb-enthaltendes Edelstahl-Substrat hergestellt. Das Edelstahl-Substrat wurde in einem Heizofen gestellt, und bei 950 °C für 10 Minuten wärmebehandelt. Diese Wärmebehandlung wurde in einer Inertgas-Atmosphäre von Argongas ausgeführt, und die Temperatur im Heizofen wurde mit 50 °C/s von Raumtemperatur auf 950 °C erhöht, und bei 950 °C für 10 Minuten beibehalten. Anschließend wurde das Edelstahl-Substrat vom Heizofen entfernt, und unmittelbar in Wasser (Raumtemperatur) getaucht und abgeschreckt, um ein Edelstahl-Substrat E1 zu erhalten. Für die Temperatur des Edelstahl-Substrats in dieser Abschreckbehandlung von 950 °C auf 500 °C war die mittlere Abkühlgeschwindigkeit 500 °C/s.
  • [Beispiel 2]
  • Ein Edelstahl-Substrat E2 wurde wie in Beispiel 1 erhalten, außer, dass die Erwärmungstemperatur auf 1050 °C anstelle von 950 °C eingestellt wurde. Für die Temperatur des Edelstahl-Substrats in der Abschreckbehandlung von 1050 °C auf 500 °C war die mittlere Kühlgeschwindigkeit 500°C/s.
  • [Beispiel 3]
  • Ein Edelstahl-Substrat E3 wurde wie in Beispiel 1 erhalten, außer, dass die Erwärmungstemperatur auf 1100 °C anstelle von 950 °C eingestellt wurde. Für die Temperatur des Edelstahl-Substrats in der Abschreckbehandlung von 1100 °C auf 500 °C war die mittlere Kühlgeschwindigkeit 500°C/s.
  • [Beispiel 4]
  • Ein Edelstahl-Substrat E4 wurde wie in Beispiel 1 erhalten, außer, dass die Erwärmungstemperatur auf 1150 °C anstelle von 950 °C eingestellt wurde. Für die Temperatur des Edelstahl-Substrats in der Abschreckbehandlung von 1150 °C auf 500 °C war die mittlere Kühlgeschwindigkeit 500°C/s.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Das Edelstahl-Substrat wurde wie in Beispiel 1 wärmebehandelt. Anschließend wurde das Edelstahl-Substrat an der Luft (Raumtemperatur) stehen gelassen, und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, um ein Edelstahl-Substrat C1 zu erhalten. Für die Temperatur des Edelstahl-Substrats in dieser Kühlbehandlung von 950 °C auf 500 °C war die mittlere Kühlgeschwindigkeit 100 °C/s.
  • [Vergleichsbeispiel 2]
  • Das Edelstahl-Substrat wurde wie in Beispiel 4 wärmebehandelt. Anschließend wurde das Edelstahl-Substrat an der Luft (Raumtemperatur) stehen gelassen, und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, um ein Edelstahl-Substrat C2 zu erhalten. Für die Temperatur des Edelstahl-Substrats in dieser Kühlbehandlung von 1150 °C auf 500 °C war die mittlere Kühlgeschwindigkeit 100 °C/s.
  • [Vergleichsbeispiel 3]
  • Ein SUS447J1L Plattenmaterial wurde als ein Edelstahl-Substrat C3 verwendet.
  • <Lochfraß- Korrosionsbeständigkeitstest>
  • Die vorstehenden Edelstahl-Substrate E1 bis E4 und C1 bis C3 wurden als Teststücke verwendet, und die Korrosionsbeständigkeit eines jeden Teststücks unter stark sauren Bedingungen einschließlich Fluorid-Ionen und Chlorid-Ionen wurde mittels des nachstehenden Verfahrens untersucht.
  • Zuerst wurden NaF und NaCl in Schwefelsäure (pH: 3,0) gegeben, um eine wässrige Schwefelsäurelösung herzustellen. Als nächstes wurde in einer luftoffenen Vorrichtung jedes Teststück an einem Lückenbildungselement 60 befestigt, wie in 6 gezeigt, und in die vorstehenden, bei 90 °C temperaturkontrollierten, wässrigen Schwefelsäurelösung eingetaucht bzw. getränkt. In 6 wurde ein Teststück 61 von einem zylindrischen Lückenbildungsmaterial 62, einer Dichtung 63 und Scheiben bzw. Unterlegscheiben 64 und 64' sandwichartig umgeben, und ferner wurde ein Bolzen 65 in das Bolzenloch des Teststücks 61 eingefügt, und anschließend unter Verwendung einer Mutter 66 verschraubt. Eine Mehrzahl an Nuten A werden in einer Oberfläche des Lückenbildungsmaterials 62 gebildet, sodass Lücken zwischen dem Lückenbildungsmaterial 62 und dem Teststück ausgebildet sind. Das Lückenbildungsmaterial 62 und die Dichtung 63 sind aus Keramik gemacht. Die Scheiben 64 und 64', der Bolzen 65, und die Mutter 66 sind aus industriell reinem Titan hergestellt, aber diese sind vom Teststück isoliert. Eine Gegenelektrode, welche eine Platinplatte umfasst, und das Teststück (Probenelektrode) wurden in diesem Zustand elektrisch verbunden, um einen Spannungsunterschied bzw. eine Potentialdifferenz von 1,0 V zwischen der Gegenelektrode und der Probenelektrode zu erzeugen. Die Spannung des Teststücks wurde mittels einer Referenzelektrode konstant gehalten, und die Testzeit betrug 2 Stunden. Wenn ein plötzlicher bzw. unerwarteter Anstieg im Stromwert (Spitze im Strom) in diesem Lochfraß-Korrosionsbeständigkeitstest (NaCl-Konzentration: 30 ppm) beobachtet wurde, wurde die Korrosionsbeständigkeit als C bewertet.
  • Wenn keine Spitze im Strom im vorstehend beschriebenen Lochfraß-Korrosionsbeständigkeitstest (NaCl-Konzentration: 30 ppm) beobachtet wurde, wurde ein Lochfraß-Korrosionsbeständigkeitstest (NaCl-Konzentration: 50 ppm) wie im Lochfraß-Korrosionsbeständigkeitstest (NaCl-Konzentration: 30 ppm) ausgeführt, außer, dass die Konzentration von NaCl 50 ppm war. Wenn eine Spitze im Strom in diesem Lochfraß-Korrosionsbeständigkeitstest (NaCl-Konzentration: 50 ppm) beobachtet wurde, wurde die Korrosionsbeständigkeit als B bewertet.
  • Wenn keine Spitze im Strom im vorstehend beschriebenen Lochfraß-Korrosionsbeständigkeitstest (NaCl-Konzentration: 50 ppm) beobachtet wurde, wurde ein Lochfraß-Korrosionsbeständigkeitstest (NaCl-Konzentration: 70 ppm) wie im Lochfraß-Korrosionsbeständigkeitstest (NaCl-Konzentration: 50 ppm) ausgeführt, außer, dass die Konzentration von NaCl 70 ppm war. Wenn eine Spitze im Strom in diesem Lochfraß-Korrosionsbeständigkeitstest (NaCl-Konzentration: 70 ppm) beobachtet wurde, wurde die Korrosionsbeständigkeit als A bewertet.
  • Die vorstehend beschriebenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. [Tabelle 1]
    Wärmebehandlungstemperatur Kühlbehandlung Kühlgeschwindigkeit Korossionsbeständigkeit
    [°C] [°C/Sekunde]
    Beispiel 1 950 Abschrecken 500 B
    Beispiel 2 1050 Abschrecken 500 B
    Beispiel 3 1100 Abschrecken 500 B
    Beispiel 4 1150 Abschrecken 500 A
    Vergleichsbeispiel 1 950 An Luft stehen lassen 100 C
    Vergleichsbeispiel 2 1150 An Luft stehen lassen 100 C
    Vergleichsbeispiel 3 - - - C
  • <EPMA-Analyse>
  • Für das erhaltene Edelstahl-Substrat E1, das Edelstahl-Substrat E4, das Edelstahl-Substrat C2 und das Edelstahl-Substrat C3 wurde der Zustand der Ausfällung von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen mittels EPMA (Vergrößerung: 1000) beobachtet. Ein EPMA-Foto des Edelstahl-Substrats E1 ist in 7 gezeigt. Ein EPMA-Foto des Edelstahl-Substrats E4 ist in 8 gezeigt. Ein EPMA-Foto des Edelstahl-Substrats C2 ist in 9 gezeigt. Ein EPMA-Foto des Edelstahl-Substrats C3 ist in 10 gezeigt. Die Bildgröße eines jeden EPMA-Fotos ist 50 µm lang × 50 µm breit. Im Edelstahl-Substrat C2 (9) und im Edelstahl-Substrat C3 (10), welche den Vergleichsbeispielen entsprechen, liegen viele Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen vor, welche einen Partikeldurchmesser von 2 µm oder mehr (Teilchen mit einer Nb-Konzentration von 0,5 Massen-% oder mehr) aufweisen. Andererseits war im Edelstahl-Substrat E1 (7), welches einem Beispiel entspricht, die Anzahl an Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen mit einem Partikeldurchmesser von 2 µm oder mehr zwei, und im Edelstahl-Substrat E4 war die Anzahl an Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen mit einem Partikeldurchmesser von 2 µm oder mehr null, und es lagen im Wesentlichen keine Ausfällungen von Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindungen vor.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wurden im Detail vorstehend beschrieben, aber die spezifische Anordnung bzw. Konfiguration ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Selbst wenn Designveränderungen durchgeführt werden, ohne vom Konzept der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, sind sie in der vorliegenden Offenbarung enthalten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zelle
    2
    MEGA
    3
    Separator
    4
    Membranelektrodeneinheit (MEA)
    5
    Elektrolytmembran
    6
    Elektrode
    7
    Gasdiffusionsschicht
    10
    Brennstoffzellenstapel
    21
    Gas-Strömungspfad
    22
    Gas-Strömungspfad
    23
    Kühlmittel-Strömungspfad
    40
    Edelstahlsubstrat
    41
    Heizvorrichtung
    42
    Kühlvorrichtung
    43
    Heizung
    44
    Inert-Atmosphäre
    45
    Abschreck- bzw. Quenchgasdüse
    60
    Lückenbildungselement
    61
    Teststück
    62
    Lückenbildungsmaterial
    63
    Dichtung
    64, 64'
    Scheiben
    65
    Bolzen
    66
    Mutter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2010205443 A [0003]
    • WO 2016/052622 [0004]

Claims (8)

  1. Edelstahl-Substrat, welches für einen Brennstoffzellenseparator verwendet wird, welches Nb in einem Zustand fester Lösung enthält, und im Wesentlichen keine Ausfällung einer Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung enthält.
  2. Edelstahl-Substrat nach Anspruch 1, welches Nb in einem Bereich von 0,05 bis 0,50 Massen-% enthält.
  3. Brennstoffzellenseparator, welcher ein Edelstahl-Substrat enthält, wobei das Edelstahl-Substrat Nb in einem Zustand fester Lösung enthält, und im Wesentlichen keine Ausfällung einer Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung enthält.
  4. Brennstoffzellenseparator nach Anspruch 3, wobei das Edelstahl-Substrat Nb in einem Bereich von 0,05 bis 0,50 Massen-% enthält.
  5. Brennstoffzelle, umfassend: den Brennstoffzellenseparator nach Anspruch 3 oder 4; und eine Feststoff-Elektrolytmembran.
  6. Brennstoffzelle nach Anspruch 5, wobei die Feststoff-Elektrolytmembran ein Fluor-basiertes Elektrolytharz enthält.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Edelstahl-Substrats zur Verwendung als ein Brennstoffzellenseparator, umfassend: Erwärmen eines Edelstahl-Substrats, welches eine Ausfällung einer Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung enthält, in einer inerten Atmosphäre, um die Nb-enthaltende, intermetallische Verbindung zu lösen; und Abschrecken des Edelstahl-Substrats nach der Wärmebehandlung.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Edelstahl-Substrats nach Anspruch 7, umfassend die Herstellung des Edelstahl-Substrats, welches die Ausfällung der Nb-enthaltenden, intermetallischen Verbindung enthält, mittels den Schritten, umfassend Schmelzen eines Rohstoffs aus Edelstahl, welcher mindestens Nb enthält, Gießen eines Edelstahl-Substrats vom geschmolzenen Rohstoff, Heißwalzen des Guss-Edelstahl-Substrats, Kaltwalzen des heißgewalzten Edelstahl-Substrats, und Beizen des kaltgewalzten Edelstahl-Substrats.
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