[发明专利]具有纳米至微米范围内的周期性表面结构的隔板

说明书

本发明涉及用于电化学系统(1)的隔板(2a，2b)，其中，隔板(2a，2b)在至少一些区域中具有平均空间周期(Px，Py)小于10μm的周期性表面结构(40)。本发明另外涉及一种生产用于电化学系统(1)的隔板(2a，2b)的方法，所述方法包括以下步骤：‑提供隔板(2a，2b)；‑用脉冲激光器(100)辐照隔板(2a，2b)，其中，激光脉冲的脉冲持续时间小于1ns，优选小于100ps，‑通过激光辐照在隔板(2a，2b)上形成周期性表面结构(40)。

技术领域

本发明涉及一种用于电化学系统的隔板以及生产该隔板的方法。电化学系统具体可以是燃料电池系统、电化学压缩机、电解器或氧化还原液流电池。

背景技术

取决于应用领域，隔板可以具有不同功能。另一方面，其用于确保与邻接层的导电连接，邻接层可以是例如气体扩散层。另一方面，隔板通常用于提供/取出反应物和/或反应产物，并且通常提供通道结构用于该目的。此外，反应热可以借助于隔板带走，例如借助于冷却剂带走。特别是对于移动应用(例如机动车辆)，可能期望由金属制造隔板，因为与其他材料相比，机械稳定性更高的金属允许更紧凑的燃料电池和燃料电池堆设计。

然而，从经济的角度来看合适且具有足够耐腐蚀性以承受通常存在于燃料电池中的侵蚀性条件的金属会产生问题，该金属往往会钝化。例如，不锈钢形成了氧化铬的钝化层，其首先会产生耐蚀性。然而，钝化层导致在接触表面上的电接触电阻显著增加，从而在一定程度上不利地影响了隔板建立低损耗电连接的功能。所述侵蚀性反应条件也对隔板的使用寿命具有负面影响。

因此，在耐蚀性、电接触电阻、其生产成本和/或使用寿命方面一直存在对隔板进行改进的需求。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种隔板，该隔板解决了所述问题中的至少一个。本发明的另一目的是提供一种方法，通过该方法可以生产这种隔板。

该目的通过如主权利要求中所述的隔板和如其它独立权利要求中所述使得用于生产隔板的方法来实现。将由从属权利要求的特征和下文的描述将能容易地了解本发明的有利实施方式。

因此，提供了用于电化学系统的隔板。至少在一些区域中，隔板具有平均空间周期小于10μm的周期性表面结构。优选地，平均空间周期为至多 2μm，尤其是至多1.5μm。

通常，表面结构至少在一个空间方向上相对于彼此周期性设置。表面结构还可以在两个空间方向上相对于彼此周期性设置。根据一些实施方式，至少在一些区段中，表面结构彼此并列地平行设置和/或彼此前后平行设置。对准可以存在于相对较大或相对较小的区域上。优选地，所述表面结构至少在由晶界包围的区域内彼此平行延伸。包含平行表面结构但与另一个区域相比具有不同取向的不同区域也可彼此邻接，例如在晶界处彼此邻接。

因此，表面上的结构形状在至少一个空间方向上重复。空间周期通常表示形状相同或相似的两个相邻表面结构之间的最大间距。由于与生产相关的原因，这些表面结构通常彼此不完全相同。而是，周期可能会沿着表面发生波动。因此，指定了平均空间周期,其为小于10μm平均空间周期。在任意情况下，表面结构的空间周期也可能小于10μm。

这样的周期性表面结构通常通过来自超短脉冲激光器(见下文)的激光辐照产生的，并且其在文献中也称为“激光诱导的周期性表面结构”(LIPSS)。有关LIPSS的进一步说明、详细信息和定义，请参考以下出版物：