KR20180073156A - 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 및 이의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강은, 중량%로, C: 0 초과 내지 0.02%, N: 0 초과 내지 0.02%, Si: 0 초과 내지 0.25%, Mn: 0 초과 내지 0.2%, P:0 초과 내지 0.04%, S: 0 초과 내지 0.02%, Cr: 25 내지 34%, Ti: 0 초과 내지 0.5%, Nb: 0 초과 내지 0.5%, Sn: 0 초과 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 부동태 피막의 표면으로부터 3nm 이내의 영역에서 X 및 Sn의 원자비에 관한 하기 식 (1)의 값이 0.001 이상이다.
X/Sn ------ 식 (1)
여기서, X는 Cl 또는 F이다.

Description

접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 및 이의 제조 방법{STAINLESS STEEL HAVING EXCELLENT CONTACT RESISTANCE FOR PEMFC SEPARATOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 및 이의 제조 방법 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
고분자 전해질형 연료전지는 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 다른 형태의 연료전지에 비해 80℃ 정도로 작동 온도가 낮고 효율이 높다. 또한, 시동이 빠르고 출력밀도가 높으며 전지 본체의 구조가 간단하여 자동차용, 가정용 등으로 사용이 가능하다.
고분자 전해질형 연료전지는, 전해질과 애노드(anode) 및 캐소드(cathode) 전극으로 이루어진 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)의 양측에 기체 확산층과 분리판이 적층된 단위전지 구조로 이루어져 있으며, 이러한 단위전지 여러 개가 직렬로 연결되어 구성된 것을 연료전지 스택이라고 한다.
분리판은 연료전지 전극에 각각 연료(수소 혹은 개질 가스)와 산화제(산소와 공기)를 공급하고, 전기화학 반응물인 물을 배출하기 위한 유로가 형성되어 있으며, 막 전극 집합체와 기체 확산층을 기계적으로 지지하는 기능과 인접한 단위전지와의 전기적 연결기능을 수행한다.
이러한 분리판 소재로 종래에는 흑연 소재를 사용하였으나, 최근에는 제작비용, 무게 등을 고려하여 스테인리스강을 많이 적용하고 있다. 적용되는 스테인리스강 소재는 연료전지 작동환경인 강한 산성 환경 내에 부식성이 우수하여야 하며, 경량화, 소형화, 양산성 관점에서 내식성 및 전도성이 우수한 스테인리스강을 사용하여야 한다.
그러나 기존의 스테인리스강은 표면에 형성된 부동태 피막으로 인하여 높은 저항 값을 나타내기 때문에 연료전지 성능에서 저항손실을 나타낼 수 있어 추가로 금(Au)이나 탄소, 질화물(nitride) 등의 전도성 물질을 코팅하는 공정이 제안되어 왔다.
그러나 이러한 방법들은 귀금속 또는 코팅물질을 코팅하기 위한 추가 공정으로 인하여 제조비용 및 제조시간이 증가되어 생산성이 증가되는 문제점을 가지고 있었다.
또한 이러한 문제를 해결하기 위하여 표면 개질에 의한 접촉저항을 낮추는 것에 관하여 연구가 진행 중이다.
특허문헌1에서는 표면개질공정을 제어하여 낮은 계면 접촉저항과 높은 부식전위를 갖는 분리판용 스테인리스강에 제시되어 있다. 특허문헌2에서는 Cr 17~23%를 함유한 스테인리스강을 [HF]≥[HNO3]용액에 침지하여 내식성과 접촉저항이 향상된 스테인리스강을 제조하는 방법이 제시되어 있다. 특허문헌3에서는 Cr 15~45%, Mo 0.1~5%를 갖는 스테인리스 강의 부통태 피막에 함유되는 Cr, Fe 원자수비가 1 이상인 것으로 하여 접촉 저항이 작은 스테인리스강이 제시되어 있다.
그러나 이러한 방법들은 수 nm영역내에서의 부동태 피막의 Cr/Fe 원자수비만을 조정하기 위한 방법으로, Cr, Fe원자비 제어 만으로는 강산 환경 내에서 장시간 수명이 필요한 연료전지 작동 환경 내에서 스테인리스강의 접촉저항을 낮추는 데는 한계가 있다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0081161호 한국 공개특허공보 제10-2013-0099148호 일본 공개특허공보 제2004-149920호
본 발명의 실시예들은 스테인리스강 표면에 형성된 비전도성 피막을 제거하고 새로운 전도성 피막을 형성하여 내식성을 개선함과 동시에 스테인리스강의 수 nm 영역의 부동태 피막의 Cr 및 Sn, Cl, F 미량 합금 원소비를 제어하여 별도의 코팅 등 부가적인 표면 처리 없이도 접촉저항을 낮출 수 있는 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강은, 중량%로, C: 0 초과 내지 0.02%, N: 0 초과 내지 0.02%, Si: 0 초과 내지 0.25%, Mn: 0 초과 내지 0.2%, P:0 초과 내지 0.04%, S: 0 초과 내지 0.02%, Cr: 25 내지 34%, Ti: 0 초과 내지 0.5%, Nb: 0 초과 내지 0.5%, Sn: 0 초과 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 부동태 피막의 표면으로부터 3nm 이내의 영역에서 X 및 Sn의 원자비에 관한 하기 식 (1)의 값이 0.001 이상이다.
X/Sn ------ 식 (1)
여기서, X는 Cl 또는 F이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Cr 및 Sn의 함량에 관한 하기 식 (2)로 정의되는 접촉저항 지수가 25 이상이며, 부동태 피막의 표면으로부터 3nm 이내의 영역에서 Sn 및 Cr의 원자비에 관한 하기 식 (3)의 값이 0.001 이상일 수 있다.
Cr+10Sn ------ 식 (2)
(10*Sn)/Cr ------ 식 (3)
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 식 (3)의 값이 0.004 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테인리스강의 접촉저항이 20mΩ·cm2 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Cu: 0 초과 내지 0.6%, V: 0 초과 내지 0.6% 및 Mo: 0.05 내지 2.5%로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강의 제조 방법에 따르면, 중량%로, C: 0 초과 내지 0.02%, N: 0 초과 내지 0.02%, Si: 0 초과 내지 0.25%, Mn: 0 초과 내지 0.2%, P:0 초과 내지 0.04%, S: 0 초과 내지 0.02%, Cr: 25 내지 34%, Ti: 0 초과 내지 0.5%, Nb: 0 초과 내지 0.5%, Sn: 0 초과 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스테인리스강을 열간 압연 및 냉간 압연하여 냉연 박판을 제조하는 단계 및 상기 냉연 박판을 Cl 또는 F 중 어느 하나 이상을 포함하는 산용액에 침지하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산용액은 염산 또는 불산을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스테인리스강 표면에 형성된 비전도성 피막을 제거하고 새로운 전도성 피막을 형성하여 내식성을 개선함과 동시에 스테인리스강의 부동태 피막의 Cr 및 Sn, Cl, F 미량 합금 원소비를 제어하여 별도의 코팅 등 부가적인 표면 처리 없이도 접촉저항을 낮출 수 있다.
도 1은 일반적인 고분자 연료전지를 설명하기 위한 단위 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 성분의 함량, 부동태 피막 내의 원자비 및 접촉저항의 상관관계를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 일반적인 고분자 연료전지를 설명하기 위한 단위 전지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 고분자 전해질형 연료전지는, 전해질과 애노드(anode) 및 캐소드(cathode) 전극으로 이루어진 막 전극 접합체(21)의 양측에 기체 확산층(22, 23)과 분리판(10)이 적층된 단위전지 구조로 이루어져 있다.
상기 분리판(10)은 연료전지 전극에 각각 연료(H2)와 산화제(Air)를 공급하고, 전기화학 반응물인 물을 배출하기 위한 유로가 형성되어 있다. 상기 분리판(10)은 막 전극 집합체(21)와 기체 확산층(22, 23)을 기계적으로 지지하는 기능과 인접한 단위전지와의 전기적 연결기능을 수행한다.
상기 분리판(10)의 유로는 연료 혹은 산화제가 지나가는 채널(Channel) 및 기체 확산층과 맞닿아 전기적 통로 역할을 하는 랜드(land)로 구성되며, 원활한 반응물의 공급과 생성물의 배출을 위하여 유로의 형상 및 표면 상태의 제어가 매우 중요하다.
상기 분리판(10)으로 적용되는 소재는 연료전지 작동환경인 강한 산성 환경 내에 부식성이 우수하여야 하며, 경량화, 소형화, 양산성 관점에서 내식성 및 전도성이 우수한 스테인리스강을 사용하여야 한다.
따라서, 상기 분리판(10)은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강을 포함한다.
상기 스테인리스강은, 중량%로, C: 0 초과 내지 0.02%, N: 0 초과 내지 0.02%, Si: 0 초과 내지 0.25%, Mn: 0 초과 내지 0.2%, P:0 초과 내지 0.04%, S: 0 초과 내지 0.02%, Cr: 25 내지 34%, Ti: 0 초과 내지 0.5%, Nb: 0 초과 내지 0.5%, Sn: 0 초과 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예에서의 성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명하기로 한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%(wt%)이다.
C: 0 초과 내지 0.02%, N: 0 초과 내지 0.02%
C와 N는 강 중에서 Cr 탄질화물을 형성하며, 그 결과 Cr이 결핍된 층의 내식성이 저하되므로, 양 원소는 그 함량이 낮을수록 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 C: 0.02%이하(0 제외), N: 0.02% 이하(0 제외)로 그 조성비를 제한함이 바람직하다.
Si : 0 초과 내지 0.25%
Si는 탈산에 유효한 원소이나 인성 및 성형성을 억제함은 물론 소둔공정 중 생성되는 SiO2 산화물이 제품의 전도성을 저하시키는 바, 본 발명에서는 Si의 조성비를 0.25% 이하로 제한함이 바람직하다.
Mn: 0 초과 내지 0.2%
Mn은 탈산을 증가시키는 원소이나, 개재물인 MnS는 내식성을 감소시키므로, 본 발명에서는 Mn의 조성비를 0.2% 이하로 제한함이 바람직하다.
P:0 초과 내지 0.04%
P는 내식성뿐만 아니라 인성을 감소시키므로, 본 발명에서는 P의 조성비를 0.04% 이하로 제한함이 바람직하다.
S: 0 초과 내지 0.02%
S은 MnS를 형성하며, 이러한 MnS은 부식의 기점이 되어 내식성을 감소시키므로, 본 발명에서는 이를 고려하여 S의 조성비를 0.02% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr : 25 내지 34%
연료전지가 작동되는 산성 분위기에서 내식성을 증가시키는 원소이나, 과다하게 첨가될 경우 인성을 감소시키므로, 본 발명에서는 이를 고려하여 Cr의 조성비를 25 내지 34%로 제한하는 것이 바람직하다.
Ti : 0 초과 내지 0.5%, Nb : 0 초과 내지 0.5%
Ti과 Nb는 강 중의 C 및 N를 탄질화물로 형성하는 데 유효한 원소이나, 인성을 저하시키므로, 본 발명에서는 이를 고려하여 각각의 조성비를 0.5% 이하로 제한함이 바람직하다.
Sn : 0 초과 내지 0.6%
Sn은 표면의 부동태 피막 내 고용으로 인하여 접촉저항을 낮추는 원소이나, 과잉 첨가시 열간 가공성을 저해하므로 상한을 0.6%로 제한함이 바람직하다.
본 발명에서 Cr과 Sn은 소재의 접촉저항에 기여하는 원소로 접촉저항 지수로 표현되는 Cr+10*Sn이 중량%로 25이상일 때 접촉저항을 낮추는데 기여하는 것을 발견하였으며, 이에 관하여는 상세히 후술하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강은, Cu: 0 초과 내지 0.6%, V: 0 초과 내지 0.6% 및 Mo: 0.05 내지 2.5%로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
Cu: 0 초과 내지 0.6%, Ni : 0 초과 내지 0.6%
Cu는 고용강화로 인해 성형성이 저하될 수 있는 원소이며, Ni은 미량 첨가시 오히려 용출 및 성형성이 저하될 수 있는 원소인 바, Cu와 Ni은 본 발명에서는 불순물로 관리한다.
V: 0 초과 내지 0.6%
바나듐(V)은 연료전지가 작동되는 환경에서 Fe의 용출을 낮추는데 효과적이며, 과다하게 첨가될 경우 인성을 저해하므로, 본 발명에서는 이를 고려하여 V의 조성비를 0 초과 내지 0.6%로 제한하는 것이 바람직하다.
Mo : 0.05 내지 2.5%
Mo은 상기 스테인리스강의 내식성을 증가시키기 위한 조성으로 추가적으로 첨가될 수 있으며, 과량 첨가될 경우 인성 및 친수성이 다소 저하될 수 있는 바, 본 발명에서는 이를 고려하여 Mo의 조성비를 0.05 내지 2.5%로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강은, 상기 스테인리스강은, Cr 및 Sn의 함량에 관한 하기 식 (1)로 정의되는 접촉저항 지수가 25 이상이다.
Cr+10Sn ------ 식 (1)
Cr 및 Sn은 연료전지 작동전위에서 부동태 피막의 성장을 억제하는 유리한 원소로 작용한다. 따라서, 상기 식 (1)에 따른 접촉저항 지수가 25 미만인 경우에는, 접촉저항 내구성이 열위해지는 문제점이 있다.
예를 들어, 상기 스테인리스강은, 부동태 피막의 표면으로부터 3nm 이내의 영역에서 Sn 및 Cr의 원자비에 관한 하기 식 (2)의 값이 0.001 이상이다.
(10*Sn)/Cr ------ 식 (2)
Cr 및 Sn은 부동태 피막 내 Cr 산화물 내에 Sn 산화물이 형성됨에 따라, 박막의 부동태 피막을 통하여 전자의 통과를 용이하게 해주는 역할을 하며, 부동태 피막의 절연성 기공 및 절연성 산화물의 형성을 억제시켜주며, 두께를 박막화 해 주는 역할을 한다. 따라서, 상기 식 (2)의 값이 0.001 미만인 경우에는, 접촉저항을 충분히 낮출 수 없다.
이에 따라, 상기 스테인리스강은 140N/㎠의 접촉압력에서 계면 접촉저항이 20mΩ·cm2 이하일 수 있다.
예를 들어, 상기 식 (2)의 값이 0.004 이상인 것이 더욱 바람직할 수 있다. 이에 따라, 상기 스테인리스강의 접촉저항이 15mΩ·cm2 이하일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 성분의 함량, 부동태 피막 내의 원자비 및 접촉저항의 상관관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 스테인리스강의 Cr+10Sn 및 (10*Sn)/Cr 값들을 도시한 것이며, 이들의 접촉처항을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 이에 따라, 상기 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 스테인리스강은 접촉저항이 20mΩ·cm2 이하의 우수한 특성을 나타내고 그 외의 영역에서는 20mΩ·cm2 초과의 열위한 성능을 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 예를 들어, 부동태 피막의 표면으로부터 3nm 이내의 영역에서 X 및 Sn의 원자비에 관한 하기 식 (3)의 값이 0.001 이상이다.
X/Sn ------ 식 (3)
여기서, X는 Cl 또는 F이다.
상기 스테인리스강의 부동태 피막은 Sn 산화물을 포함하는데, 상기 스테인리스강의 제조 공정 중에 Cl 또는 F 중 어느 하나 이상을 포함하는 산용액에 침지하는 단계를 거침에 따라, 상기 Sn 산화물에 Cl 또는 F 이온이 도핑될 수 있으며, 이에 따라 스테인리스강의 접촉저항을 더욱 낮출 수 있다.
이에 따라, 상기 스테인리스강의 접촉저항이 20mΩ·cm2 이하일 수 있다. 바람직하게는 상기 스테인리스강의 접촉저항이 10mΩ·cm2 이하로 관리할 수 있으며, 이에 따라, 연료전지 분리판의 상용화 목표 이하 값을 달성할 수 있다.
예를 들어, 상기 부동태 피막의 두께는 3.5㎚ 이하(0 제외)일 수 있다. 일반적인 스테인리스 냉연 박판은 그 표면에 형성된 수 nm 두께의 부동태 피막에 의하여 계면 접촉저항이 증가하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 부동태 피막이 3.5㎚ 이하로 박막화가 이루어짐에 의해 통상의 절연성에 가까운 반도체적 특성을 갖는 부동태 피막을 박막화하여 접촉저항을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
예를 들어, 상기 부동태 피막의 부식전위는 0.3V(SCE) 이상일 수 있다. 부식전위 평가는 제조된 0.1㎜ 두께의 강판소재를 ㎠ 면적으로 절단하여 연료전지 작동환경인 1몰 농도 황산과 2ppm 불산 용액 혼합 용액 내 70에서 침지하여 기준전극인 포화 칼로멜 전극(saturated calomel electrode, SCE) 대비 소재의 전위를 평가하였다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강은 부식전위가 기준전극인 포화 칼로멜 전극(saturated calomel electrode, SCE) 대비 0.3V(SCE) 이상을 확보할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강은 전도성, 내식성 그리고 저접촉저항을 가지는 부동태 피막을 포함할 수 있다.
상기 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강은 열간 압연, 냉간 압연을 거쳐 냉연 박판으로 제조된다.
상기 냉연 박판은, 중량%로, C: 0 초과 내지 0.02%, N: 0 초과 내지 0.02%, Si: 0 초과 내지 0.25%, Mn: 0 초과 내지 0.2%, P:0 초과 내지 0.04%, S: 0 초과 내지 0.02%, Cr: 25 내지 34%, Ti: 0 초과 내지 0.5%, Nb: 0 초과 내지 0.5%, Sn: 0 초과 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 이의 각 구성에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 냉연 박판은 상기 식 (1)의 Cr+10Sn 값이 25 이상이고 상기 식 (2)의 (10*Sn)/Cr 값이 0.001 이상이며, 이에 따라서, 상기 스테인리스강은 140N/㎠의 접촉압력에서 계면 접촉저항이 20mΩ·cm2 이하를 가져 접촉저항이 우수하다.
상기 스테인리스강의 부동태 피막은 Sn 산화물을 포함하는데, 상기 스테인리스강의 제조 공정 중에 상기 냉연 박판을 Cl 또는 F 중 어느 하나 이상을 포함하는 산용액에 침지하는 단계를 추가적으로 수행함에 따라, 상기 Sn 산화물에 Cl 또는 F 이온이 도핑될 수 있으며, 이에 따라 스테인리스강의 접촉저항을 더욱 낮출 수 있다.
즉, 이와 같이 산용액에 침지하는 단계를 수행한 상기 스테인리스강 냉연 박판의 접촉저항이 10mΩ·cm2 이하로 관리할 수 있으며, 이에 따라, 연료전지 분리판의 상용화 목표 이하 값을 달성할 수 있다.
예를 들어, 상기 산용액은 염산 또는 불산을 포함할 수 있다.
상기 산용액은 염산 또는 불산을 단독으로 기타 산용액과 혼합으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 산용액은 5 내지 20중량%의 염산을 사용할 수 있으며, 또는 5 내지 20중량%의 질산 및 1 내지 5중량%의 불산을 혼합한 혼산액을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 냉연 박판을 70℃ 이하의 상기 산용액에 30 내지 600초 동안 침지할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
실시예
본 발명에 따른 발명강 1 내지 10 및 비교강 1 내지 3은 하기 표 1의 성분을 포함하며, 50kg 잉곳 캐스팅을 통해 생산하였다. 잉곳을 1,200℃에서 3시간 가열 후 4mm 두께로 열간 압연을 실시하였다. 열연재는 최종 냉간 압연 두께 0.2mm로 냉간 압연을 실시한 후 960℃에서 소둔을 실시하였다. 이후, 최종 냉연소둔재를 #1,200까지 연마하여 50℃에서 5중량% 질산수용액에 침지 후 공시재를 제조하여 접촉저항 및 표면분석을 실시하였다.
C N Si Mn P S Cr Sn Mo V Ti Nb
발명강1 0.009 0.01 0.15 0.14 0.009 0.008 30 0.1 - 0.1 0.1 0.2
발명강2 0.01 0.011 0.14 0.12 0.01 0.009 27.1 0.053 - 0.2 0.15 0.15
발명강3 0.008 0.009 0.11 0.15 0.03 0.004 28.3 0.05 - 0.42 0.11 0.25
발명강4 0.01 0.015 0.12 0.16 0.018 0.007 33 0.06 1 - 0.05 0.12
발명강5 0.09 0.018 0.14 0.18 0.017 0.006 26 0.1 - 0.39 0.1 0.1
발명강6 0.003 0.011 0.15 0.14 0.015 0.008 27.1 0.2 - - 0.18 0.2
발명강7 0.009 0.012 0.19 0.19 0.018 0.008 29.3 0.25 - - 0.2 0.12
발명강8 0.009 0.01 0.17 0.18 0.019 0.009 31 0.45 - - 0.02 0.1
발명강9 0.01 0.009 0.16 0.17 0.01 0.006 25.7 0.05 - - 0.05 0.2
발명강10 0.012 0.008 0.15 0.11 0.02 0.005 31 0.1 - - 0.051 0.05
비교강1 0.01 0.009 0.13 0.18 0.017 0.007 22 0.2 - - 0.1 0.05
비교강2 0.013 0.008 0.16 0.14 0.015 0.003 17 0.2 - - - 0.17
비교강3 0.011 0.007 0.17 0.19 0.018 0.009 15 0.12 - - 0.05 0.1
표면분석은 X선 광전자 분광 분석기(XPS)를 이용하여 분석하였다. 분석은 표면에서 2.9nm 영역에서 분석되는 Cr산화물 및 Sn산화물 피크 중에서 Cr, Sn 원자비를 산정하였다.
접촉저항 평가는 제조된 0.2mm 소재 2매를 준비하여 사이에 카본 페이퍼(SGL-10BA)를 2매 사이에 배치하여, 접촉압력 140N/cm2에서 계면 접촉저항을 4회 평가 후 그 평균값을 계산하였다. 접촉저항 평가는 #1,200까지 연마하여 50℃에서 5중량% 질산수용액에 침지 후 공시재의 접촉저항을 초기 접촉저항으로 평가하였으며, 80℃ 1M H2SO4 + 2ppm HF 용액에서 0.7V vs. SCE 정전위 100시간 인가 후 접촉저항을 평가하였다.
접촉저항 내구성의 양호, 부적합 판정은 초기 접촉저항 및 80℃ 1M H2SO4 + 2ppm HF 용액에서 0.7V vs. SCE 정전위 100시간 인가 후 접촉저항을 평가하여 모두 20mΩ·cm2 이하를 만족하였을 때를 양호(O)라 하였고 그렇지 않은 경우 부적합(X)한 것으로 하였다.
Cr+10Sn (중량%) 10*Sn/Cr (at%) 초기 접촉저항 (mΩ·cm2) 80℃ 1M황산 +2ppm HF 용액에서 0.7V vs. SCE 정전위 100시간 인가 후 접촉저항 (mΩ·cm2) 접촉저항 내구성
발명강1 31 0.009 10 11 O
발명강2 27.63 0.0018 17 19 O
발명강3 28.8 0.003 16 15 O
발명강4 33.6 0.012 13 12 O
발명강5 27 0.012 11 14 O
발명강6 29.1 0.014 12 12.5 O
발명강7 31.8 0.012 9 12 O
발명강8 35.5 0.015 8 9 O
발명강9 26.2 0.0021 17 19 O
발명강10 32 0.009 12 14 O
비교강1 24 0.0002 79 167 X
비교강2 19 0.011 18 250 X
비교강3 16.2 0.0002 89 670 X
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 성분의 함량, 부동태 피막 내의 원자비 및 접촉저항의 상관관계를 설명하기 위한 도면이다.
상기 표 2 및 도 2를 참조하면, 상기 식 (1)에 따른 Cr+10Sn 값이 25 이상, 상기 식 (2)에 따른 (10*Sn)/Cr 값이 0.001 이상을 만족하는 스테인리스강은 접촉저항이 20mΩ·cm2 이하의 우수한 특성을 나타내고 그 외의 영역에서는 20mΩ·cm2 초과의 열위한 성능을 가지는 것을 알 수 있었다.
이후, 상기 발명강1에 따른 최종 냉연소둔재를 하기 표 4에서와 같이 추가적인 산용액에 침지하는 단계를 수행하였으며, 이에 따른 물성을 재차 평가하였다.
강종 산 용액 온도 및 시간 X/Sn비 (at%) 초기 접촉저항 (mΩ·cm2) 80℃ 1M황산 +2ppm HF 용액에서 0.7V vs. SCE 정전위 100시간 인가 후 접촉저항 (mΩ·cm2) 접촉저항 내구성
실시예1 발명강1 10중량% HCl 50℃/1분 0.0012 6 6.1 O
실시예2 발명강1 10중량% HNO3 + 3중량% HF 50℃/1분 0.0016 6.2 6.1 O
상기 표 3을 참조하면, 상기 발명강1의 최종 냉연소둔재를 추가로 산용액에 침지한 결과, 접촉저항이 보다 개선되는 것을 알 수 있었다. 이는 표면 부동태 피막에 존재하는 Sn산화물에 Cl, F이온이 도핑이 될 수 있으며, 이에 부동태 피막의 표면으로부터 3nm 이내의 영역에서 X 및 Sn의 원자비에 관한 X/Sn의 값이 0.001 이상을 만족하여 접촉저항이 개선됨을 확인할 수 있었다. 본 발명에서는 염산, 질산 + 불산이 침지용액으로 사용하였지만, 추가적으로 Cl 이나 F 이온을 함유한 기타 산용액의 사용이 가능하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강에 따르면, 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강의 표면에 코팅 등의 별도 표면 처리를 수행하지 않더라도 접촉저항 등을 동시에 확보할 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 고분자 연료전지 분리판
10A: 10B: 캐소드 분리판, 애노드 분리판
11: 스테인리스강 모재 12: 부동태 피막
21: 막 전극 접합체 22, 23: 기체 확산층

Claims (7)

  1. 중량%로, C: 0 초과 내지 0.02%, N: 0 초과 내지 0.02%, Si: 0 초과 내지 0.25%, Mn: 0 초과 내지 0.2%, P:0 초과 내지 0.04%, S: 0 초과 내지 0.02%, Cr: 25 내지 34%, Ti: 0 초과 내지 0.5%, Nb: 0 초과 내지 0.5%, Sn: 0 초과 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 부동태 피막의 표면으로부터 3nm 이내의 영역에서 X 및 Sn의 원자비에 관한 하기 식 (1)의 값이 0.001 이상인 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강.
    X/Sn ------ 식 (1)
    여기서, X는 Cl 또는 F이다.
  2. 제1항에 있어서,
    Cr 및 Sn의 함량에 관한 하기 식 (2)로 정의되는 접촉저항 지수가 25 이상이며, 부동태 피막의 표면으로부터 3nm 이내의 영역에서 Sn 및 Cr의 원자비에 관한 하기 식 (3)의 값이 0.001 이상인 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강.
    Cr+10Sn ------ 식 (2)
    (10*Sn)/Cr ------ 식 (3)
  3. 제2항에 있어서,
    상기 식 (3)의 값이 0.004 이상인 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스테인리스강의 접촉저항이 20mΩ·cm2 이하인 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강.
  5. 제1항에 있어서,
    Cu: 0 초과 내지 0.6%, V: 0 초과 내지 0.6% 및 Mo: 0.05 내지 2.5%로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강.
  6. 중량%로, C: 0 초과 내지 0.02%, N: 0 초과 내지 0.02%, Si: 0 초과 내지 0.25%, Mn: 0 초과 내지 0.2%, P:0 초과 내지 0.04%, S: 0 초과 내지 0.02%, Cr: 25 내지 34%, Ti: 0 초과 내지 0.5%, Nb: 0 초과 내지 0.5%, Sn: 0 초과 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스테인리스강을 열간 압연 및 냉간 압연하여 냉연 박판을 제조하는 단계; 및
    상기 냉연 박판을 Cl 또는 F 중 어느 하나 이상을 포함하는 산용액에 침지하는 단계를 포함하는 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산용액은 염산 또는 불산을 포함하는 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강의 제조 방법.

KR1020160176695A 2016-12-22 2016-12-22 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 및 이의 제조 방법 KR101903180B1 (ko)

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PCT/KR2017/013918 WO2018117469A1 (ko) 2016-12-22 2017-11-30 접촉저항이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 및 이의 제조 방법
US16/473,048 US20190345591A1 (en) 2016-12-22 2017-11-30 Stainless steel having excellent contact resistance for pemfc separator and method of manufacturing the same
CN201780084496.7A CN110199047B (zh) 2016-12-22 2017-11-30 具有优异的接触电阻的用于聚合物燃料电池隔板的不锈钢及其制造方法

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11189846B2 (en) * 2017-04-28 2021-11-30 Flosfia Inc. Electrically-conductive member and method of manufacturing the same
CN114574759B (zh) 2022-02-21 2022-12-02 山东产研先进材料研究院有限公司 用于燃料电池双极板的铁素体不锈钢、形成钝化膜的方法和用途

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4496750B2 (ja) 2002-10-07 2010-07-07 Ｊｆｅスチール株式会社 固体高分子型燃料電池セパレータ用ステンレス鋼とそのステンレス鋼を用いた固体高分子型燃料電池
CA2559589C (en) * 2004-03-18 2011-05-31 Jfe Steel Corporation Metallic material for conductive member, separator for fuel cell using the same, and fuel cell using the separator
JP2005293982A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Nisshin Steel Co Ltd 固体高分子型燃料電池セパレータ用フェライト系ステンレス鋼
JP4756905B2 (ja) 2005-05-10 2011-08-24 日新製鋼株式会社 固体酸化物型燃料電池セパレータ材
KR101179408B1 (ko) * 2006-05-09 2012-09-04 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션 내간극 부식성이 우수한 페라이트계 스테인리스 강
KR100777123B1 (ko) * 2007-04-18 2007-11-19 현대하이스코 주식회사 연료전지용 스테인리스강 분리판 및 그 제조방법
JP5309385B2 (ja) * 2007-04-27 2013-10-09 日本金属株式会社 ステンレス鋼製導電性部材およびその製造方法
KR100993412B1 (ko) * 2008-12-29 2010-11-09 주식회사 포스코 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 및 그 제조방법
JP2011038166A (ja) 2009-08-13 2011-02-24 Nisshin Steel Co Ltd 燃料電池用通電部材およびその製造方法
JP5768641B2 (ja) 2010-10-08 2015-08-26 Ｊｆｅスチール株式会社 耐食性および電気伝導性に優れたフェライト系ステンレス鋼およびその製造方法、ならびに固体高分子型燃料電池セパレータおよび固体高分子型燃料電池
CN103959524B (zh) * 2011-11-30 2016-12-07 杰富意钢铁株式会社 燃料电池隔板用不锈钢
KR101507940B1 (ko) 2012-12-21 2015-04-07 주식회사 포스코 고분자 연료전지 분리판용 스테리인스강 제조방법
JP6106450B2 (ja) * 2013-02-12 2017-03-29 新日鐵住金ステンレス株式会社 耐テンパーカラー性と加工性に優れた高純度フェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法
EP3062376B1 (en) * 2013-10-22 2017-12-27 JFE Steel Corporation Stainless steel foil for separators of solid polymer fuel cells
CN107210458A (zh) * 2015-02-13 2017-09-26 新日铁住金株式会社 固体高分子型燃料电池用分隔件及其制造方法
EP3258522A4 (en) * 2015-02-13 2018-01-24 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Ferritic stainless steel material, separator, solid polymer fuel cell, and method for producing separator
JP6576675B2 (ja) * 2015-04-24 2019-09-18 日鉄ステンレス株式会社 自動車排気系部品締結部品と自動車排気系部品との組み合わせ構造

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