JP2009541962A - 燃料電池素子用導電板 - Google Patents
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Abstract
Description
−金属の表面上の酸化層(不動態皮膜)の存在により、本質的に、この材料の電気的な表面抵抗が、導電板とガス拡散層との間の界面において発生する抵抗損の結果として、電池素子の性能を低減する;
−カチオンを放出する燃料電池の酸還元性媒質下における、金属、特にクロムの腐食が、電池膜を汚染することによって、それらの寿命を制限する;及び、
−材料形成の困難さのため、板形状の最適化を制限する。
24.0〜27.0%のニッケル;
13.5〜16.0%のクロム;
1.90〜2.35%のチタン;
1.0〜1.5%のモリブデン;
0.10〜0.50%のバナジウム;
最大0.08%の炭素;
最大2.0%のマンガン;
最大1.0%のシリコン;
最大0.35%のアルミニウム;
最大0.03%の硫黄;及び、
最大0.01%のホウ素、
を含み、その残りが、鉄及び不純物から構成される。
24.0〜25.5%のニッケル;
14.0〜16.0%のクロム;
2.00〜2.30%のチタン;
1.2〜1.5%のモリブデン;
0.10〜0.50%のバナジウム;
最大0.06%の炭素;
最大2.0%のマンガン;
最大0.3%のシリコン;
最大0.25%のアルミニウム;
最大0.01%の硫黄;及び、
最大0.01%のホウ素、
を含み、その残りが、鉄及び不純物から構成される。
(a)薄スラブ又は熱間圧延シートから選択された半仕上げ生成物が冷間圧延される段階;
(b)900から1200℃の温度で、10秒から30分の範囲の時間の間、酸化環境下において、段階(a)で得られたシートが連続的にアニールされる段階;
(c)段階(b)で得られたアニールされたシートが、40から100℃の間の温度において、少なくとも1つの鉱酸と接触することにより、酸洗いされる段階。
0.05から0.5mm、特に0.1から0.2mmの厚さを有する前記シートが、波形のブランクを得るために、第一ツールを用いて第一変形される段階;及び
前記波形のブランクが、第二ツールを用いて、第二の、接線変形(tangentialdeformation)される段階。
表面仕上げシートが、Imphy Alloysからの合金SUPERIMPHY(登録商標)SY286から製造された。この正確な組成は、
24.43%のニッケル
14.79%のクロム
2.14%のチタン
1.46%のモリブデン
0.306%のバナジウム
0.037%の炭素
1.71%のマンガン
0.085%のシリコン
0.168%のアルミニウム
最大0.0005%の硫黄
0.015%のリン
である。
−バス1:75℃の温度、150g/lの硫酸ナトリウムバスにおける直流分極(direct polarization)による電解による酸洗い;
−バス2:40℃の温度、70g/lの硝酸バスにおける電解による酸洗い;及び
−バス3:50℃の温度、100g/lの硝酸及び20g/lのフッ化水素酸の混合物。
図2が、実施例1のそれらと同様な条件下において製造されたシートの表面仕上げを示し、多数の隆起から構成されることを表す。その表面が、算術平均粗さSaが0.186μmであり、最大高さ幅Stが2.16μmであり、及び展開表面積Sdrが0.344%であるという特徴を有する。比較として、図3が、還元環境下におけるアニーリング段階を含む方法によって、同一のSUPERIMPHY(登録商標)SY286合金から製造されたシートを示し、その表面が、連続する突起を有する。このシートの表面は、さらに、算術平均粗さSaが0.106μmであり、最大高さ幅Stが1.04μmであり、及び展開表面積Sdrが0.0767%であるという特徴を有する。
それぞれ、合金グレードF17TNb、A286(合金SY286)及び316Lから構成される、同じ表面処理を施された3つの表面仕上げ合金シートの電気的な接触抵抗が、同一の拡散層にこれらを結合するために、これらのシートのそれぞれに加えられるアセンブリの圧力(assembly pressure)の関数として比較された。
実施例2に記述された2つのSY286合金シートの電気的な接触抵抗が、これらを同一の拡散層に結合するために、これらのシートのそれぞれに加えられるアセンブリの圧力の関数として比較された。図8に示されるように、本発明による表面仕上げ方法により、水素下におけるアニーリングを行う従来の方法に従って準備されたシートよりも良好な伝導性を有するシートを得ることが可能になる。
性能、すなわち電流密度の機能としての電池電圧が比較され、その燃料電池は、それらの導電板を形成する材料の化学的性質によって互いに異なった。この実験が、1.1barの空気圧、1.25barの水素ガス圧、60℃の電池温度おいて実行された。
携帯用発電機としてのそれの使用の代表とする、本発明による燃料電池にストレスを与える1つの方法をシミュレートするために(実施例6の条件下、且つ0.6A/cm2の電流密度において)、長期にわたるサイクリング試験が、500時間以上にわたって実行された。
Claims (17)
- 燃料電池素子用のモノポーラ又はバイポーラ導電板の製造のための、少なくとも1つの
合金の使用であり、前記合金は、重量パーセントで表される、
24.0〜27.0%のニッケル;
13.5〜16.0%のクロム;
1.90〜2.35%のチタン;
1.0〜1.5%のモリブデン;
0.10〜0.50%のバナジウム;
最大0.08%の炭素;
最大2.0%のマンガン;
最大1.0%のシリコン;
最大0.35%のアルミニウム;
最大0.03%の硫黄;及び、
最大0.01%のホウ素、
を含み、その残りが、鉄及び不純物から構成される使用。 - 前記合金が、
24.0〜25.5%のニッケル;
14.0〜16.0%のクロム;
2.00〜2.30%のチタン;
1.2〜1.5%のモリブデン;
0.10〜0.50%のバナジウム;
最大0.06%の炭素;
最大2.0%のマンガン;
最大0.3%のシリコン;
最大0.25%のアルミニウム;
最大0.01%の硫黄;及び、
最大0.01%のホウ素、
を含み、その残りが、鉄及び不純物から構成されることを特徴とする請求項1に記載の使用。 - 請求項1又は2に定義された少なくとも1つの合金を含むシートであって、
その表面の少なくとも1つ上において、0.12μm又はそれ以上の算術平均粗さSa、4μm未満の最大高さ幅St、及び、好ましくは、0.2%以上の展開表面積Sdrを有することを特徴とするシート。 - 請求項1又は2に定義された合金をベースとしたシートを表面仕上げする方法であって、以下の連続する段階:
(a)薄スラブ又は熱間圧延シートから選択された半仕上げ生成物が冷間圧延される段階;
(b)900から1200℃の温度で、10秒から30分の範囲の時間の間、酸化環境下において、段階(a)で得られた前記シートが連続的にアニールされる段階;及び
(c)段階(b)で得られた前記アニールされたシートが、40から100℃の間の温度において、少なくとも1つの鉱酸と接触することにより、酸洗いされる段階
を含む方法。 - 電解による酸洗い段階をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 好ましくは水を用いたすすぎ段階、及びその後の前記酸洗いされたシートの乾燥段階をさらに含むことを特徴とする請求項4又は5に記載の方法。
- 請求項4から6のいずれか一項に記載の方法によって製造されることが出来ることを特徴とするシート。
- 燃料電池素子用の導電板の製造のための、請求項7に記載のシートの使用。
- 燃料電池素子用の導電板を製造する方法であって、
請求項4から6に定義された方法に従って、請求項1又は2に定義された合金を含むシートを表面仕上げする段階を含み、
少なくとも以下の段階:
0.05から0.5mm、特に0.1から0.2mmの厚さを有する前記シートが、波形のブランクを得るために、第一ツールを用いて第一変形される段階;及び
前記波形のブランクが、第二ツールを用いて、第二の、接線変形される段階
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 前記連続する第一及び第二変形により、前記シートが、前記シートの初期長さと比較して、少なくとも25%から35%だけ伸びることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記シートは、請求項3又は7に定義されたものであることを特徴とする請求項9又は10に記載の方法。
- 請求項9から11のいずれか一項に記載の方法によって得られることを特徴とする燃料電池素子用導電板。
- 請求項1又は2に定義された少なくとも1つの合金を含む少なくとも1つのモノポーラ又はバイポーラ導電板を含む燃料電池素子。
- 請求項3又は7に記載のシートを含む少なくとも1つのモノポーラ又はバイポーラ導電板を含む燃料電池素子。
- 請求項12に記載の少なくとも1つのモノポーラ又はバイポーラ導電板を含む燃料電池素子。
- 特に、PEMFC(固体高分子型燃料電池)の燃料電池であって、請求項13から15のいずれか一項に記載の前記電池素子を含む燃料電池。
- 自動車のような乗り物、若しくはリレーアンテナ又は携帯電話のような通信手段に電気を供給するための、請求項16に記載された燃料電池の使用。
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