고분자전해질 연료전지 금속분리판용 446M 스테인리스강의 내식성과 전기전도성에 미치는 탄화처리 효과

Abstract

스테인리스강은 재료의 기계적 성질, 내식성이 우수하며, 가격과 가스투과율이 낮아 현재 고분자전해질연료전지용 분리판으로 널리 사용되고 있는 흑연분리판의 대체 재료로써 매우 유망하다. 스테인리스강은 표면에 부동태 피막이 생성되어 PEMFC환경에서 내식성이 우수한반면, 부동태 피막에 의한 높은 접촉저항 때문에 연료전지의 성능을 저하시키는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 개선하여 스테인리스강을 금속분리판으로 응용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는, pack carburizing을 이용한 탄화처리를 수행하여 강 표면에 전도성 및 부식특성이 우수한 탄화물을 형성시킴으로써 모재의 내식성과 전도성을 향상시키고자 하였다. $925\degC$에서 pack carburizing 처리한 446M 열처리 시간에 따른 내식성에 변화가 뚜렷하지 않고 공통적으로 빠른 안정성과 낮은 전류밀도를 보이며 446M과 유사한 우수한 내식성을 나타내었다. Cr-carbide 가 형성되어 전기전도성이 향상된 600분간의 열처리에도 내식성의 저하가 관찰되지 않아 Cr-carbide를 형성하고도 부식환경에서 안정적인 표면층을 유지하고 있음을 알 수 있다. 또한 100분의 pack carburizing 처리시 내부-carbide이 형성되지 않으면서도 표면에 Cr-carbide가 석출되어 전기전도도를 향상시키고, 표면에 Cr-oxide, Cr-carbide로 구성된 연속적인 층을 형성하여 부식환경에서 안정적인 내식성을 나타내었다. 접촉저항의 감소율과 우수한 내식성, 열처리시간의 효율성을 고려하였을 때 $925\degC$, 5%H2 분위기에서 100분간 pack carburizing 처리한 446M 스테인리스강은 고분자전해질 연료전지 금속분리판용 소재로써 적용하는데 매우 적합하다고 판단된다.