[发明专利]用于聚合物燃料电池隔板的不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃料电池隔板的不锈钢及其制造方法，更具体地讲，本发明涉及即使在多种表面粗糙度条件下，也可通过设定表面改性的条件而控制去除钝化膜和再钝化工艺而具有低的界面接触电阻和优秀的耐腐蚀性的用于燃料电池隔板的不锈钢及其制造方法。

背景技术

近来，随着能源枯竭和环境污染等成为全世界性的问题，作为化石燃料的替代，氢能源和使用氢能源的燃料电池的重要性正得到强调。燃料电池是将氢燃料具有的化学能转换成电能的装置，由于不使用内燃机，因此没有噪音和振动，能够达到高的效率，且由于基本没有排放的污染物，燃料电池作为新能源得到关注。

根据电介质的种类，燃料电池可分为固体聚合物燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸燃料电池、直接甲醇燃料电池和碱性燃料电池，根据用途，大致可分为发电用、输送用、携带用等。

其中，固体聚合物燃料电池使用具有离子导电性的固体聚合物膜作为电介质，因此可在常温常压下运行，工作温度低，约为70～80℃，启动时间短，功率密度高，作为输送用、携带用及家庭用等的电源受到关注，最近，正在进行在100～150℃也可运行的聚合物燃料电池的开发。

图1是包含通常的不锈钢隔板的燃料电池的立体图。

参照图1，固体聚合物燃料电池包100包括：膜电极组件110，包括电介质、电极(Anode、Cathode)及用于密封气体的垫片；隔板120，具有流动路径；端板，包括空气出口130、空气入口140和氢气入口150、氢气出口160。

隔板120通常由石墨、炭、Ti合金、不锈钢和导电塑料中的一种形成，优选地，隔板120可由不锈钢形成。不锈钢具有低的界面接触电阻、优秀的耐腐蚀性和导热性、低的透气性并可进行大面积化，不锈钢具有良好的产品成型性、可制得纤薄，因此具有可减小燃料电池包的体积、重量的优点。

但是，不锈钢隔板120具有这样的问题，即，由于形成在隔板120材料表面的钝化膜的半导体特性，在燃料电池的运行条件下，会增加隔板表面与膜电极组件(MEA：Membrane Electrode Assembly)层的界面接触电阻。另外，要求对具有强酸性氛围的燃料电池的运行环境氛围的优秀的耐腐蚀性。

为了解决这种问题，第6835487B2号美国授权专利、第0488922号韩国授权专利提出了如下的方法，即，为了将不锈钢的界面接触电阻降低到100mΩcm²以下，通过将表示表面粗糙度的平均粗糙度(Ra)管理到0.01～1.0μm，将最大高度(Ry)管理到0.01～20μm，来获得不锈钢的期望水平的表面特性，其中，所述不锈钢包括Cr(16～45wt％)、Mo(0.1～3.0wt％)并附加地包括Ag(0.001～0.1wt％)。另外，第2007-026694号日本公开专利提出了如下的方法，即，对包含Cr、Mo的不锈钢，在其整个表面上形成0.01～1.0μm的微坑(micro pit)，从而获得期望的水平的表面特性。另外，第6379476B1号美国专利根据将碳化物Carbide(碳化物杂质)和硼化物Boride(硼化物杂质)暴露于表面的技术思想，提出了使得铁素体(ferrite)不锈钢具有0.06～5μm的平均粗糙度(Ra)的方法，其中，所述铁素体不锈钢包括用于形成碳化物的0.08％以上的C。第2005-302713号日本公开专利公开了如下的技术，即，在包括Cr(16～45wt％)、Mo(0.1～5.0wt％)的不锈钢中确保局部计算的平均间距(S)＝0.3μm以下、表面粗糙度曲线的2阶平均平方根斜率(Δq)＝0.05以上。

但是，仅对通过调整不锈钢的表面粗糙度或微坑、导电性杂质来减小界面电阻的目的提供了这些方法，为此而严格维持不锈钢的表面粗糙度将导致如下的问题，即，生产率降低，生产成本增加的问题以及难以确保再现性的问题。另外，这些发明中，将Cr、Mo作为必要元素而包含的组分规定在预定的范围内，此外，用于形成导电性杂质的Ag和C、B元素添加为附加元素，从而可能引起制造成本的提高，在燃料电池的运行条件(60～150℃)下无法确保接触电阻的稳定性和耐洗提性。

另外，第2004-149920号日本公开专利提出了在包括Cr(16～45wt％)、Mo(0.1～5.0wt％)的不锈钢中，通过将Cr/Fe原子比调整到1以上来减小接触电阻的方法；第2008-091225号日本公开专利提出了在包括Cr(16～45wt％)、Mo(0.1～5.0wt％)的不锈钢中，通过形成微坑并将Cr/Fe原子比调整到4以上来减小接触电阻的方法。