[发明专利]装配燃料电池单元元件用双极板及生产方法，含该双极板的燃料电池单元，及含该单元的燃料电池

说明书

本发明涉及一种用于对燃料电池单元的元件进行装配的双极板，所述双极板由不锈钢基板组成，所述不锈钢基板的两个面中的至少一个面上覆盖有一层导电材料，其特征在于，所述材料由二价Ti化合物、三价Ti化合物、或者二价Ti化合物和三价Ti化合物的混合物组成，并且在于，所述层最多包含的、由X光电光谱法XPS在所述层的上部10nm中测量得到的at％氧量不超过根据测量的Ti的at％含量、与完全由TiO组成的覆盖层对应的at％氧含量的1.5倍。本发明还涉及一种所述板的生产方法，包括至少一个所述板的燃料电池单元，以及包括至少一个所述单元的燃料电池。

技术领域

本发明涉及一种金属条或金属片的制作方法、以及生产的金属条或金属片。

背景技术

PEMFC(质子交换膜)类型的燃料电池包括：电池单元，每个电池单元由阳极/电解质/阴极组合件(也称为膜电极组合件，MEA)组成；气体扩散层(也称为GDL)，在组合件MEA的两侧延伸；以及双极板。双极板保证电池单元的元件之间的装配。双极板还限定流体的流通通道，保证气体、冷却液的分布以及电池中产生的水的排出，这能够控制质子交换膜的湿度。双极板还用于收集电极产生的电流。

考虑到双极板在燃料电池中起到的关键作用，以及燃料电池在众多领域中的重要性越来越高，则期望开发出结构紧凑、制作成本低、并且在燃料电池中工作时使用寿命长的双极板。双极板的接触电阻(表面接触电阻，ICR)应当尽可能地小。理想情况下，不应当超过最大值，即在100N.cm^-2的接触压力下为10mΩ.cm²。

在文献WO-A-2016/151356和WO-A-2016/151358中已经提出了一种金属条或片的生产方法，该方法特别适用于双极板的生产，包括：提供不锈钢基板；以及通过在沉积设备中进行物理气相沉积PVD在基板上沉积基于氮化铬的层，该沉积设备包括沉积腔室，该沉积腔室能够是真空的并且能够提供有诸如氩气、氮气之类的惰性气体的混合物。腔室还包括设置在基板的(例如)上表面上方的铬靶，基板沿纵向行进贯穿沉积腔室。在靶和基板之间施加适当的电势差。沉积腔室包括沉积区域以及至少一个第一“禁止区”，在纵向上沉积区域的长度严格小于沉积腔室在纵向上的长度，在纵向上第一“禁止区”邻近沉积区域，并且在沉积过程中，氮化铬仅仅被沉积在基板的沉积区域中。在第一“禁止区”中的基板上不沉积氮化铬。

第一“禁止区”在基板的路径上可以位于靶的下游。

基板上铬的沉积速率可以大于或等于位于靶的下游的沉积区域中的预定阈值。

通常，沉积腔室包括对铬原子密封的下游遮挡物，该下游遮挡物阻挡氮化铬投射到第一“禁止区”中的基板上并允许氮化硅投射到沉积区域中的基板上。由此，下游遮挡物通常被插入到投射向第一区域的铬原子的轨迹上，并且设置在沉积腔室中以阻止由靶发射的铬原子沉积在基板上，则基板上的沉积速率严格小于预定阈值。

沉积腔室还包括第二“禁止区”，在沉积步骤中氮化铬不沉积在第二“禁止区”中的基板上，第二“禁止区”邻近沉积区域，从而第一“禁止区”(下游区域)和第二“禁止区”(上游区域)在条或片的纵向行进方向上包围沉积区域。通常，腔室还包括对铬原子密封的上游遮挡物，该上游遮挡物设置在腔室中并且插入到从靶投射向第二“禁止区”的铬原子的轨迹上，从而允许氮化铬投射到沉积区域中的基板上，并阻止氮化铬投射到第二“禁止区”中的基板上。

在整个沉积区域中，在沉积过程中铬原子在基板上的沉积速率优选地大于或等于预定阈值。

在沉积步骤之前，该方法还包括针对给定的沉积设备并通过校准来确定预定阈值的步骤，预定阈值对应于覆盖层具有期望的接触电阻时最小的沉积速率。

金属条或片是不锈钢的且厚度通常为大约0.1mm或更小，并且金属条或片最初在表面上具有被动氧化层，至少在用于被覆盖层覆盖的区域中的被动氧化层被完全除去，从而在沉积步骤开始时这些区域中不再有任何的被动层。