WO2007115995A1 - Use of iron alloy-based components for producing fuel cells, and substances used therefor - Google Patents

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WO2007115995A1
WO2007115995A1 PCT/EP2007/053293 EP2007053293W WO2007115995A1 WO 2007115995 A1 WO2007115995 A1 WO 2007115995A1 EP 2007053293 W EP2007053293 W EP 2007053293W WO 2007115995 A1 WO2007115995 A1 WO 2007115995A1
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fuel cells
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Alexander Hahn
Manfred Waidhas
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Definitions

  • the invention relates to the use of components based on iron alloys for the construction of fuel cells.
  • the invention also relates to the associated means for surface treatment of such components for fuel cells, in particular of PEM fuel cells
  • At least the solid construction parts should be characterized by low weight and high corrosion resistance of the material used ⁇ th.
  • Previously known cell frame, bipolar collector plates and / or other fixed structures of internal ⁇ are fuel cells, particularly low temperature fuel cells ⁇ as the PEM fuel cell, the carbon materials are made of graphite or arrival.
  • the thickness of the plates, for example, prepared therefrom amounts due to the incorporated gas and Flusstechniksvertechniks Quilt min ⁇ least 2 to 2.5 mm, and thus the material results in spite of low density, a comparatively high weight and large volume of the thus-constructed fuel cell.
  • European Patent No. 963 615 protects a fuel cell comprising a membrane electrode assembly, two current collectors, and / or a cell frame and / or a bipolar plate, wherein the material of at least one of the solid construction parts comprises an Fe base material consists of an alloy having the following composition: Content of C 0 - 0.03 wt .-% Content of Si 0 - 1 wt .-% Content of Cr 16.5 - 25.0 wt .-% Content of Mo 2.5 -7.0 wt .-% Content of Ni 4.5-26.0% by weight content of Cu 0-2.0% by weight content of Mn 0-6.5% by weight content of N 0.04-0.5% by weight % Content of Nb 0 - 0.25 wt.% Content of P 0 - 0.045 wt.% Content of S 0 - 0.03 wt.% Content of Fe missing remainder to 100 wt Fe-base material has an effective value W ⁇ 26.9, which sum by
  • W (% Cr + 3.3 x% Mo + 30 x% N) is defined.
  • the sum W has been found to be suitable for the selection of stainless steels as an Fe-based alloy because it allows the relative hole and crevice corrosion resistance of a stainless steel to be estimated by homogeneous alloy element distribution.
  • the at least one solid structural part of the Fe-base material is selected from an alloy, the sum of which in particular W> 30.
  • the Fe-base material can be additionally surface-treated to reduce the contact resistance.
  • Such surface treatments is there a gilding or a coating z. B. specified with titanium nitride.
  • the surface treatment can also be realized by coating with conductive polymeric plastics.
  • a disadvantage of coatings is generally comparatively high material and process costs.
  • the object of the invention is therefore to improve the use of components made of iron-based materials for a fuel cell suitable for mass production, wherein the collector plates and / or cell frames and / or other construction parts of the fuel cell are made of a material which
  • Pickling itself is the state of the art in steel processing and finishing (surface treatment). By pickling is meant a treatment of the surface under change of the surface. Especially with steel, it is about the scale removal, ie the removal of corrosion layers. In the case of fuel cells with metallic bipolar plates, surface coatings, for example full gold plating or even partial gold plating according to EP 1 181 728 B1 have hitherto been customary in order to keep electrical contact resistance low.
  • the subject matter of the invention is in particular the so-called pickling of the structural parts for fuel cells, in order to avoid, eliminate or reduce the steel-typical oxide layers.
  • Pickling solutions used can be selected on an alkaline, neutral or acidic basis.
  • acidic media in particular acids, are suitable. In general, at least hydrofluoric acid is present.
  • a suitable formulation for a room temperature acidic pickling solution for stainless steels is:
  • the concentrations can be varied in the context of professional action.
  • the pickling can also take place at elevated temperature (T> RT), which improves the kinetics of the physicochemical processes in a manner known per se.
  • the dressing can also take place under the additional influence of ultrasound. Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments play with reference to the drawing in conjunction with the claims.
  • the single figure shows the change in contact resistance as a function of the contact pressure of metallic bipolar plates in PEM fuel cells with different surface treatments.
  • the individual cell elements of a PEM fuel cell are separated by bipolar plates.
  • the entire cell assembly, including the bipolar plates, is compressed by a tie rod and held under mechanical tension.
  • the contact pressure P k in bar is linearly plotted on the abscissa, while the ordinate is logarithmically plotted against the contact resistance R k determined in m ⁇ cm 2 with a suitable measuring device.
  • There are graphs 11 for an untreated iron-based alloy, 12 for a GoId-plated nickel-based alloy and 13 for a pickled iron-based alloy above type, ie stainless steel with W 26.9 shown.
  • the contact resistance drops for the individual materials with the contact pressure, resulting in the characteristics of Gra ⁇ phen 11 and 12 in the range between 1 and 20 bar each a drop of about one power of ten.
  • the drop in the characteristic curve 13 occurs over the range of the contact pressure up to 20 bar even by a factor of 20.

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Abstract

Disclosed are the use of iron alloy-based components such as Fe-based bipolar plates for producing fuel cells as well as pickle liquor used for the production thereof. The surfaces of the components are treated with pickle liquor to remove and/or reduce the oxide layers typically occurring on steel and/or prevent said oxide layers from forming. A suitable pickle liquor is characterized in that the same is composed of 120 ml of H2SO4 (96 percent); 40 ml of HCl (32 percent), 60 ml of HF (40 percent), and 780 ml of water.

Description

Beschreibungdescription
Verwendung von Bauteilen auf der Basis von Eisen-Legierungen für die Konstruktion von Brennstoffzellen und dabei verwende- te MittelUse of components based on iron alloys for the construction of fuel cells and means used thereby
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Bauteilen auf der Basis von Eisen-Legierungen für die Konstruktion von Brennstoffzellen. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörigen Mittel zur Oberflachenbehandlung solcher Bauteile für Brennstoffzellen, insbesondere von PEM- BrennstoffzellenThe invention relates to the use of components based on iron alloys for the construction of fuel cells. In addition, the invention also relates to the associated means for surface treatment of such components for fuel cells, in particular of PEM fuel cells
Speziell bei Brennstoffzellen für mobile Anwendungen, die eine Membran-Elektroden-Emheit, zwei Stromkollektoren und/oder einen Zellrahmen oder eine bipolare Platte umfasst, sollen sich zumindest die festen Konstruktionsteile durch geringes Gewicht und hohe Korrosionsbeständigkeit des verwende¬ ten Materials auszeichnen.Especially in fuel cells for mobile applications, which includes a membrane electrode Emheit, two current collectors and / or a cell frame or a bipolar plate, at least the solid construction parts should be characterized by low weight and high corrosion resistance of the material used ¬ th.
Bislang bekannt sind Zellrahmen, Bipolarplatten, Kollektorplatten und/oder sonstige feste Konstruktionsteile von Brenn¬ stoffzellen, insbesondere von Niedertemperatur-Brennstoff¬ zellen wie der PEM-Brennstoffzelle, die aus Graphit oder an- deren Kohlewerkstoffen hergestellt sind. Die Dicke der beispielsweise daraus hergestellten Platten betragt aufgrund der eingearbeiteten Gas- und Flussigkeitsverteilungsstruktur min¬ destens 2 bis 2,5 mm und somit resultiert trotz geringer Dichte des Materials ein vergleichsweise hohes Gewicht und großes Volumen der damit konstruierten Brennstoffzellen.Previously known cell frame, bipolar collector plates and / or other fixed structures of internal ¬ are fuel cells, particularly low temperature fuel cells ¬ as the PEM fuel cell, the carbon materials are made of graphite or arrival. The thickness of the plates, for example, prepared therefrom amounts due to the incorporated gas and Flussigkeitsverteilungsstruktur min ¬ least 2 to 2.5 mm, and thus the material results in spite of low density, a comparatively high weight and large volume of the thus-constructed fuel cell.
Mit dem europaischen Patent Nr. 963 615 wird eine Brennstoffzelle, die eine Membranelektrodenemheit, zwei Stromkollektoren und/oder einen Zellrahmen und/oder eine bipolare Platte umfasst, geschützt, wobei das Material zumindest eines der festen Konstruktionsteile einen Fe-Basis-Werkstoff umfasst, der aus einer Legierung mit folgender Zusammensetzung besteht: Gehalt an C 0 - 0,03 Gew.-% Gehalt an Si 0 - 1 Gew.-% Gehalt an Cr 16,5 - 25,0 Gew.-% Gehalt an Mo 2,5 -7,0 Gew.-% Gehalt an Ni 4,5 - 26,0 Gew.-% Gehalt an Cu 0 - 2,0 Gew.-% Gehalt an Mn 0 - 6,5 Gew.-% Gehalt an N 0,04 - 0,5 Gew.-% Gehalt an Nb 0 - 0,25 Gew.-% Gehalt an P 0 - 0,045 Gew.-% Gehalt an S 0 - 0,03 Gew.-% Gehalt an Fe fehlender Rest zu 100 Gew.-%, wobei der Fe-Basis-Werkstoff eine Wirksumme W ≥ 26,9 aufweist, welche Wirksumme durchEuropean Patent No. 963 615 protects a fuel cell comprising a membrane electrode assembly, two current collectors, and / or a cell frame and / or a bipolar plate, wherein the material of at least one of the solid construction parts comprises an Fe base material consists of an alloy having the following composition: Content of C 0 - 0.03 wt .-% Content of Si 0 - 1 wt .-% Content of Cr 16.5 - 25.0 wt .-% Content of Mo 2.5 -7.0 wt .-% Content of Ni 4.5-26.0% by weight content of Cu 0-2.0% by weight content of Mn 0-6.5% by weight content of N 0.04-0.5% by weight % Content of Nb 0 - 0.25 wt.% Content of P 0 - 0.045 wt.% Content of S 0 - 0.03 wt.% Content of Fe missing remainder to 100 wt Fe-base material has an effective value W ≥ 26.9, which sum by
W = (% Cr + 3,3 x % Mo + 30 x % N) definiert ist.W = (% Cr + 3.3 x% Mo + 30 x% N) is defined.
Als Legierungen mit den angegebenen Zusammensetzungen und letzteren Wirksummenbereich fallen eine Reihe von bekannten Edelstahlen, beispielsweise mit den Werkstoffnummern 1.4539, 1.4462, 1.4439, 1.4565, 1.4529 und 1.3964. Diese Werkstoffe sind im Nachschlagwerk "Stahlschlussel" spezifiziert, worauf sich die jeweilige Wirksumme ermitteln lasst.As alloys with the specified compositions and the latter effective range fall a number of known stainless steels, for example, with the material numbers 1.4539, 1.4462, 1.4439, 1.4565, 1.4529 and 1.3964. These materials are specified in the reference book "Stahlschlussel", whereupon the respective effective amount can be determined.
Die Wirksumme W hat sich zur Auswahl von rostfreien Stahlen als Fe-basierte Legierung als geeignet erwiesen, da durch sie bei homogener Legierungselementverteilung die relative Loch- und Spaltkorrosionsbestandigkeit eines nicht rostenden Stahles abgeschätzt werden kann.The sum W has been found to be suitable for the selection of stainless steels as an Fe-based alloy because it allows the relative hole and crevice corrosion resistance of a stainless steel to be estimated by homogeneous alloy element distribution.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung obiger Erfindung für das zumindest eine feste Konstruktionsteil ist der Fe-Basis- Werkstoff aus einer Legierung ausgewählt, deren Wirksumme insbesondere W > 30 ist.In a preferred embodiment of the above invention for the at least one solid structural part of the Fe-base material is selected from an alloy, the sum of which in particular W> 30.
Gemäß dem europaischen Patent Nr. 0 963 615 kann der Fe- Basis-Werkstoff noch zusätzlich oberflachenbehandelt werden, um den Ubergangswiderstand zu verringern. Als Möglichkeit derartiger Oberflachenbehandlungen ist dort eine Vergoldung oder auch eine Beschichtung z. B. mit Titannitrid angegeben. Die Oberflachenbehandlung kann aber auch durch Überzug mit leitenden polymeren Kunststoffen realisiert werden. Nachtei- lig bei Beschichtungen sind im Allgemeinen vergleichsweise hohe Material- und Verfahrenskosten.According to European Patent No. 0 963 615, the Fe-base material can be additionally surface-treated to reduce the contact resistance. As a possibility Such surface treatments is there a gilding or a coating z. B. specified with titanium nitride. The surface treatment can also be realized by coating with conductive polymeric plastics. A disadvantage of coatings is generally comparatively high material and process costs.
Grundsatzlich können aber gemäß dem alteren Patent aber alle bekannten Oberflachenbehandlungen zur Herabsetzung des Uber- gangswiderstandes bei gleicher oder verbesserter Korrosions¬ beständigkeit Anwendung finden.Basically, but the older patent can be found but all the known surface treatments to reduce the Uber- contact resistance with identical or improved corrosion resistance ¬ application according.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Verwendung von Bauteilen aus eisenbasierten Werkstoffen für eine massenferti- gungstaugliche Brennstoffzelle zu verbessern, wobei die Kollektorplatten und/oder Zellrahmen und/oder sonstige Konstruk- tionsteile der Brennstoffzelle aus einem Material beschaffen sind, dasThe object of the invention is therefore to improve the use of components made of iron-based materials for a fuel cell suitable for mass production, wherein the collector plates and / or cell frames and / or other construction parts of the fuel cell are made of a material which
- kostengünstig und korrosionsbeständig, insbesondere auch in direktem Kontakt mit dem aciden Membranelektrolyten, sowie- Cost-effective and corrosion-resistant, especially in direct contact with the acidic membrane electrolyte, as well
- gut umformbar ist, bei der Verarbeitung zu Platten trotz eingearbeiteter Gas- und Flussigkeitsverteilungsstruktur eine geringe Dicke und vor allem ein geringes Gewicht hat besitzt, und msbeson- dere einen geringen Ubergangswiderstand besitzt.- Is well formed, in the processing to plates despite incorporated gas and Flussigkeitsverteilungsstruktur a small thickness and especially has a low weight has, and msbeson- has a low contact resistance.
Die Aufgabe ist erfmdungsgemaß durch die Merkmale der des Patentanspruches 1 gelost. Weiterbildungen sind in den abhan- gigen Ansprüchen 2 bis 12 angegeben. Zugehörige Mittel sind Gegenstand der Sachanspruche 13 und 14.The object is achieved erfmdungsgemaß by the features of claim 1. Further developments are given in the dependent claims 2 to 12. Associated funds are the subject of claims 13 and 14.
Das Beizen an sich ist Stand der Technik bei der Stahlbearbeitung bzw. entsprechendem Finishing (Oberflachenbehand- lung) . Unter Beizen wird eine Behandlung der Oberflache unter Veränderung der Oberflache verstanden. Insbesondere bei Stahl geht es dabei um die Zunderbeseitigung, d.h. die Entfernung von Korrosionsschichten. Bei Brennstoffzellen mit metallischen Bipolarplatten sind bisher Oberflachenbeschichtungen, z.B. Vollvergoldungen oder auch partielle Vergoldungen gemäß der EP 1 181 728 Bl üblich, um elektrische Kontaktwiderstande niedrig zu halten.Pickling itself is the state of the art in steel processing and finishing (surface treatment). By pickling is meant a treatment of the surface under change of the surface. Especially with steel, it is about the scale removal, ie the removal of corrosion layers. In the case of fuel cells with metallic bipolar plates, surface coatings, for example full gold plating or even partial gold plating according to EP 1 181 728 B1 have hitherto been customary in order to keep electrical contact resistance low.
Gegenstand der Erfindung ist dagegen insbesondere das sog. Beizen der Konstruktionsteile für Brennstoffzellen, um die stahltypischen Oxidschichten zu vermeiden, beseitigen bzw. zu verringern. Dies gilt in besonderem Maße für die Bipolarplat¬ ten als Funktionsteile von Brennstoffzellen, insbesondere PEM-Brennstoffzellen . Dabei verwendete Beizlosungen können auf alkalischer, neutraler oder saurer Grundlage gewählt werden. Zum Beizen der Bauteile aus eisenbasierten Legierungen gemäß der EP 0 963 615 Bl eignen sich besonders saure Medien, insbesondere Sauren. Dabei ist im Allgemeinen wenigstens Flusssaure vorhanden.On the other hand, the subject matter of the invention is in particular the so-called pickling of the structural parts for fuel cells, in order to avoid, eliminate or reduce the steel-typical oxide layers. This applies in particular to the bipolar plates as functional parts of fuel cells, in particular PEM fuel cells. Pickling solutions used can be selected on an alkaline, neutral or acidic basis. For pickling the components from iron-based alloys according to EP 0 963 615 Bl, particularly acidic media, in particular acids, are suitable. In general, at least hydrofluoric acid is present.
Eine geeignete Rezeptur für eine bei Raumtemperatur verwend- bare saure Beizlosung für Edelstahle ist:A suitable formulation for a room temperature acidic pickling solution for stainless steels is:
120 ml H2SO4 (96%) ,120 ml H 2 SO 4 (96%),
40 ml HCl (32%) ,40 ml HCl (32%),
60 ml HF (40%) und 780 ml Wasser.60 ml of HF (40%) and 780 ml of water.
Die Konzentrationen können im Rahmen des fachmannischen Handelns variiert werden.The concentrations can be varied in the context of professional action.
Wie erwähnt erfolgt die Anwendung des Beizens im Normalfall bei Raumtemperatur (T = RT) . Das Beizen kann aber auch bei erhöhter Temperatur (T > RT) erfolgen, womit in an sich bekannter Weise die Kinetik der physikochemischen Vorgange verbessert .As mentioned, the application of the pickling is normally carried out at room temperature (T = RT). The pickling can also take place at elevated temperature (T> RT), which improves the kinetics of the physicochemical processes in a manner known per se.
Die Beizung kann gegebenenfalls auch unter dem zusatzlichen Einfluss von Ultraschall erfolgen. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausfuhrungsbei- spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen .If necessary, the dressing can also take place under the additional influence of ultrasound. Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments play with reference to the drawing in conjunction with the claims.
Die einzige Figur zeigt die Änderung des Kontaktwiderstandes als Funktion des Anpressdruckes von metallischen Bipolarplatten bei PEM-Brennstoffzellen mit unterschiedlichen Oberflachenbehandlungen .The single figure shows the change in contact resistance as a function of the contact pressure of metallic bipolar plates in PEM fuel cells with different surface treatments.
Die einzelnen Zellelemente einer PEM-Brennstoffzelle sind durch Bipolarplatten getrennt. Der gesamte Zellverbund einschließlich der Bipolarplatten wird durch einen Zuganker zu- sammengepresst und unter mechanischer Spannung gehalten.The individual cell elements of a PEM fuel cell are separated by bipolar plates. The entire cell assembly, including the bipolar plates, is compressed by a tie rod and held under mechanical tension.
Für die Konstruktion der PEM-Brennstoffzelle werden beispielsweise die Werkstoffe gemäß der EP 0 963 615 Bl, deren Spezifikation im Nachschlagwerk „Stahlschlussel" angegeben ist, gewählt. Diese Werkstoffe fallen in den angegebenen Wirksummenbereich und haben sich in Korrosionsexperimenten als besonders geeignet im Vergleich zu bisher verwendeten Ni- ckel-basierten Werkstoffen erwiesen. Zur Reduzierung des Kontaktwiderstandes wurde einerseits bei einem Nickel-basierten Werkstoff (NiB) die Oberflache zumindest teilweise vergoldet und andererseits bei einem Eisen-basierten Werkstoff (FeB) die Oberflache durch Beizen behandelt. Dabei wurde eine Beizlosung oben angegebener Rezeptur eingesetzt und bei Raumtem¬ peratur (RT) gearbeitet.For the construction of the PEM fuel cell, for example, the materials according to EP 0 963 615 B1, the specification of which is specified in the reference "steel key." These materials fall within the specified effective range and have been found in corrosion experiments to be particularly suitable compared to hitherto In order to reduce the contact resistance, on the one hand the surface area of a nickel-based material (NiB) was at least partially gold-plated and on the other hand the surface of an iron-based material (FeB) was treated by pickling above indicated formulation used and work at Raumtem ¬ temperature (RT).
In der Figur ist auf der Abszisse linear der Anpressdruck Pk in bar aufgetragen, wahrend auf der Ordinate logarithmisch der mit einer geeigneten Messeinrichtung bestimmte Kontaktwiderstand Rk in mΩcm2 aufgetragen ist. Es sind Graphen 11 für eine unbehandelte Eisen-Basislegierung, 12 für eine GoId- plattierte Nickel-Basis-Legierung und 13 für eine gebeizte Eisen-Basis-Legierung oben angegebener Art, d.h. Edelstahl mit Wirksumme W > 26,9, dargestellt. Der Kontaktwiderstand fallt für die einzelnen Werkstoffe mit dem Anpressdruck ab, wobei sich bei den Kennlinien der Gra¬ phen 11 und 12 im Bereich zwischen 1 und 20bar jeweils ein Abfall von etwa einer Zehnerpotenz ergibt. Der Abfall bei der Kennlinie 13 erfolgt über den Bereich des Anpressdruckes bis 20bar sogar um den Faktor 20. Bei diesem Wert und liegt der Wert des Kontaktwiderstandes des gebeizten Fe-basierten Werkstoffes nicht wesentlich über dem Wert des Gold-beschichteten Ni-basierten Werkstoffes. Vorteilhaft ist dabei aber, dass das Beizen eines Bauteiles prozesstechnisch wesentlich einfacher als ein Vergolden erfolgen kann, so dass sich neben dem gegenüber Nickel-Basismetall billigeren Edelstahl auch Einsparungen durch die erfmdungsgemaß angegebene Oberflachenbehandlung ergeben.In the figure, the contact pressure P k in bar is linearly plotted on the abscissa, while the ordinate is logarithmically plotted against the contact resistance R k determined in mΩcm 2 with a suitable measuring device. There are graphs 11 for an untreated iron-based alloy, 12 for a GoId-plated nickel-based alloy and 13 for a pickled iron-based alloy above type, ie stainless steel with W = 26.9 shown. The contact resistance drops for the individual materials with the contact pressure, resulting in the characteristics of Gra ¬ phen 11 and 12 in the range between 1 and 20 bar each a drop of about one power of ten. The drop in the characteristic curve 13 occurs over the range of the contact pressure up to 20 bar even by a factor of 20. At this value and the value of the contact resistance of the pickled Fe-based material is not significantly above the value of the gold-coated Ni-based material. It is advantageous, however, that the pickling of a component process technology much easier than a gilding can be done, so that in addition to the nickel compared to base metal cheaper stainless steel savings also result from the erfmdungsgemaß specified surface treatment.
Der Vergleich der Graphen 12 und 13 zeigt also die spezifische Eignung des durch die EP 0 963 615 Bl geschützten Werkstoffes insbesondere für Bipolarplatten von PEM-Brennstoff- zellen, sofern eine Beizung erfolgt ist. Durch die Beizung sind die ansonsten stahltypischen Oxidschichten vorteilhaft- erweise entfernt, verringert und/oder gar verhindert. Die gleichen Vorteile gelten aber auch für andere Konstruktions¬ teile einer PEM-Brennstoffzelle und darüber hinaus auch für Konstruktionsteile anderer Brennstoffzellen-Typen. The comparison of the graphs 12 and 13 thus shows the specific suitability of the protected by EP 0 963 615 Bl material, in particular for bipolar plates of PEM fuel cells, if a pickling is done. By pickling the otherwise typical steel oxide layers are advantageously removed, reduced and / or even prevented. However, the same advantages also apply to other construction ¬ parts of a PEM fuel cell and beyond for construction parts of other fuel cell types.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verwendung von Bauteilen auf der Basis von Eisen (Fe) -Legierungen für Brennstoffzellen (BZs) , insbesondere Fe-basier- ten Bipolarplatten in PEM-Brennstoffzellen, wobei die Bauteile oberflachenbehandelt sind, um die stahlty¬ pischen Oxidschichten zu entfernen, zu verringern und/oder zu verhindern .1. Use of components based on iron (Fe) alloys for fuel cells (BZs), in particular Fe-based Bipolarplatten in PEM fuel cells, wherein the components are surface treated to remove the stahlty ¬ ic oxide layers to reduce and / or prevent.
2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Oberflachen durch sog. Beizen behandelt werden.2. Use according to claim 1, wherein the surfaces are treated by so-called. Pickling.
3. Verwendung nach Anspruch 2, wobei zum Beizen saure Medien eingesetzt werden.3. Use according to claim 2, wherein acidic media are used for pickling.
4. Verwendung nach Anspruch 3, wobei zum Beizen Sauren eingesetzt werden.4. Use according to claim 3, wherein acids are used for pickling.
5. Verwendung nach Anspruch 4, wobei als Saure zum Beizen Flusssaure (HF) eingesetzt wird.5. Use according to claim 4, wherein as acid for pickling hydrofluoric acid (HF) is used.
6. Verwendung nach Anspruch 4, wobei als Saure zum Beizen, Schwefelsaure (H2SO4) eingesetzt wird.6. Use according to claim 4, wherein as acid for pickling, sulfuric acid (H 2 SO 4 ) is used.
7. Verwendung nach Anspruch 4, wobei als Saure zum Beizen Salzsaure (HCl) eingesetzt wird.7. Use according to claim 4, wherein hydrochloric acid (HCl) is used as the acid for pickling.
8. Verwendung nach Anspruch 4, wobei als Saure zum Beizen eine Mischung von wenigstens zwei chemisch unterschiedlichen Sauren eingesetzt wird.8. Use according to claim 4, wherein as the acid for pickling a mixture of at least two chemically different acids is used.
9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischung aus Schwefelsaure (H2SO4) , Salzsaure (HCl) , Fluorsaure (HF) und Wasser verwendet wird.9. Use according to claim 8, characterized in that a mixture of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), hydrochloric acid (HCl), fluoric acid (HF) and water is used.
10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beizen bei Raumtemperatur (T = RT) erfolgt. 10. Use according to one of the preceding claims, wherein the pickling takes place at room temperature (T = RT).
11. Verwendung nach einem der Anspruchel bis 9, wobei das Beizen bei gegenüber Raumtemperatur erhöhter Temperatur (T > RT) erfolgt11. Use according to any one of claims 9 to 9, wherein the pickling is carried out at room temperature elevated temperature (T> RT)
12. Verwendung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei das Beizen unter zusatzlichem Einfluss von Ultraschall erfolgt.12. Use according to claim 8 or claim 9, wherein the pickling is carried out under the additional influence of ultrasound.
13. Mittel zur Behandlung von Bauteilen von Brennstoffzellen auf der Basis von Eisenlegierungen (Edelstahle) mit einer Beizlosung, dadurch gekennzeichnet, dass die Beizlosung ein Gemisch aus Schwefelsaure (H2SO4) , Salzsaure (HCl) , Fluorsaure (HF) und Wasser ist.13. A composition for the treatment of components of fuel cells based on iron alloys (stainless steels) with a Verizlosung, characterized in that the admixture is a mixture of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), hydrochloric acid (HCl), fluoric acid (HF) and water ,
14. Mittel nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung der Beizlosung:14. Composition according to claim 11, characterized by the following composition of the admixture:
120 ml H2SO4 (96%) ,120 ml H 2 SO 4 (96%),
40 ml HCl (32%) ,40 ml HCl (32%),
60 ml HF (40%) und60 ml HF (40%) and
780 ml Wasser. 780 ml of water.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20040247978A1 (en) * 2001-09-18 2004-12-09 Takayuki Shimamune Bipolar plate for fuel cell and method for production thereof
US20050037212A1 (en) * 2003-08-11 2005-02-17 Budinski Michael K. Electrically conductive element treated for use in a fuel cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040247978A1 (en) * 2001-09-18 2004-12-09 Takayuki Shimamune Bipolar plate for fuel cell and method for production thereof
US20050037212A1 (en) * 2003-08-11 2005-02-17 Budinski Michael K. Electrically conductive element treated for use in a fuel cell

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