[发明专利]镀层钢双极板

说明书

本申请是分案申请，其母案的申请日为2006年6月27日，申请号为200680032818.5，发明名称为“镀层钢双极板”。

技术领域

本发明涉及电化学转换电池，一般被称为燃料电池，由处理第一反应物和第二反应物而产生电能，比如通过氧化和还原氢和氧。作为说明并且无限制地，通常的电池包含位于一对气体扩散介质层和催化剂层之间的高分子膜(比如质子交换膜)。阴极板和阳极板位于与气体扩散介质层相邻的最外侧。所有这些部件共同构成电池单元。

背景技术

对于有用的应用，单个电池单元提供的电压通常太小。因此，通常以一种“堆叠”方式连续排列和连接多个电池，以增加电化学转换组件或者燃料电池的电输出。在这种排列中，两个相邻的电池单元可以共用一个共同的极板，这个极板作为其串联的两个相邻的电池单元的阳极和阴极。这种板一般被称为双极板，这种双极板通常包括其中所限定的流场，以提高反应物和冷却剂向相关电池的传送。

用于燃料电池的双极板通常需要电化学稳定、导电和便宜。金属双极板是有利的，因为金属双极板可以做得很薄(例如＜0.25mm)，而且可以通过便宜的金属成型技术，例如模冲法，来形成最后的形状。但是，金属极板容易受到腐蚀。在燃料电池堆中的活性的腐蚀过程可以增加双极板的薄膜电阻和接触电阻，减少堆的功率密度。已经考虑用不锈钢质来制备双极板，主要由于其固有的耐腐蚀性和相对低廉的材料成本。因此，本发明人已经认识到需要提供改进的方案来使不锈钢能够用于制备双极板。

发明内容

本发明提供改进的方案来使不锈钢用于制备双极板。本发明提供了一种电化学转换组件，其包括多个电化学转换电池和多个导电双极板。电化学转换电池被配置为与第一反应物供给和第二反应物供给相通。相邻的电化学转换电池由所述多个双极板的各板分开。双极板包含含有铁和铬的合金。双极板的各表面部分设有导电的耐腐蚀的与电化学转换电池部分接触的层。耐腐蚀导电层可以包括主要以sp²杂化碳-碳键为特征的石墨层、钼掺杂氧化铟层、导电的Cr+N层、或者导电的MoSi₂层。

因此，本发明的一个目的是提供用于电化学转换组件中的改进的双极板。本发明其它的目的将根据包含在这里的发明的描述表现出来。

具体地说，本发明涉及以下方面：

1.一种含有电化学转换组件的装置，所述电化学转换组件包含多个电化学转换电池和多个导电双极板，其中：

所述电化学转换电池被配置为与第一反应物供给和第二反应物供给相通；

所述电化学转换电池中相邻的电池由所述多个双极板的各板分开；

所述双极板包含含有铁和铬的合金；

所述双极板各表面部分包括导电的钼掺杂氧化铟层；并且

所述双极板的各掺杂氧化铟层与所述电化学转换电池部分相接触。

2.第1项所述的装置，其中所述氧化铟层被少于大约4wt.％的钼掺杂。

3.第1项所述的装置，其中所述氧化铟层被大约2wt.％的钼掺杂。

4.第1项所述的装置，其中所述掺杂氧化铟层被限定在选择的双极板的相对面上，以便与被所述选择的双极板分开的一对电化学转换电池中的一个相接触。

5.第1项所述的装置，其中所述掺杂氧化铟层，其特征在于在至少大约100psi(690kPa)压力下界面接触电阻小于大约15mΩ-cm²。

6.第1项所述的装置，其中所述掺杂氧化铟层的各层限定大约1.0μm和大约3.0μm之间的厚度。

7.第1项所述的装置，其中所述掺杂氧化铟层的各层限定所述双极板各板的厚度的大约0.2％和大约2.5％之间。

8.第1项所述的装置，其中所述掺杂氧化铟层包括通过溅射沉积、热反应蒸发、脉冲激光沉积和其组合沉积在所述双极板上的材料。

9.一种含有电化学转换组件的装置，所述电化学转换组件含有多个电化学转换电池和多个导电双极板，其中：

所述电化学转换电池被配置成与第一反应物供给和第二反应物供给相通；

所述电化学转换电池中相邻的电池由所述多个双极板的各板分开；

所述双极板包含含有铁和铬的合金；

所述双极板各表面部分包括导电的Cr+N层；并且

所述双极板的各掺杂氧化铟层与所述电化学转换电池部分相接触。

10.第9项所述的装置，其中所述Cr+N层包括CrN层。

11.第9项所述的装置，其中所述Cr+N层包括Cr₂N层。