BR102014003458A2 - metal plate for a proton exchange membrane fuel cell - Google Patents

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Abstract

placa metálica bipolar para um célula de combustivel de membrana de troca de prótons. uma placa metálica para uma célula de combustível de membrana de troca de prôton (pemfc) tendo em pelo menos de suas superficies, um revestimento incluindo: - enchimentos de materiais condutores; - um polímero usado como ligante; - um composto de absorção de cátion metálico.bipolar metal plate for a proton exchange membrane fuel cell. a metal plate for a proton exchange membrane (pemfc) fuel cell having on at least one surface thereof a coating including: - conductive material fillers; - a polymer used as a binder; - a metal cation absorption compound.

Description

“PLACA METÁLICA BIPOLAR PARA UM CÉLULA DE COMBUSTÍVEL DE MEMBRANA DE TROCA DE PRÓTONS” Escopo da invenção [0001] A presente invenção trata de uma placa bipolar metálica para uma célula de combustível e, mais especificamente, para uma célula de combustível de troca de prótons (PEMFC). Segundo a invenção, esta placa tem um revestimento consistindo de um composto capaz de absorver cátions de metais, preferencialmente na forma de um ionômero, por exemplo, tipo de polímero de ácido perfluorsulfônico (PFSA).Scope of the Invention The present invention relates to a bipolar metal plate for a fuel cell and, more specifically, for a proton exchange fuel cell. (PEMFC). According to the invention, this plate has a coating consisting of a compound capable of absorbing metal cations, preferably in the form of an ionomer, for example perfluorsulfonic acid polymer (PFSA) type.

[0002] Uma célula com tal placa, especialmente utilizável para gerar energia elétrica, tem uma melhor resistência à corrosão e um melhor desempenho, assim como um tempo de vida maior. Este tipo de célula pode ser voltado especialmente como fonte de potência para veículos a motor produzidos no futuro em grande escala.A cell with such a plate, especially usable for generating electric power, has better corrosion resistance and better performance as well as a longer life span. This type of cell can be targeted especially as a power source for future large-scale motor vehicles.

Estado da Arte [0003] Uma célula de combustível é um dispositivo eletroquímico que converte energia química diretamente em energia elétrica. Uma célula de combustível compreende uma pilha de várias células ligadas em série. Cada célula gera uma voltagem da ordem de 0,7V e seu empilhamento permite gerar uma oferta de energia de maior voltagem, por exemplo, da ordem de centenas de volts.State of the Art A fuel cell is an electrochemical device that converts chemical energy directly into electrical energy. A fuel cell comprises a stack of several cells connected in series. Each cell generates a voltage on the order of 0.7V and its stacking allows to generate a higher voltage energy supply, for example on the order of hundreds of volts.

[0004] Mais especificamente uma célula de combustível de membrana de troca de prótons ou PEMFC, compreende pelo menos uma célula unitária contendo um conjunto eletrodo-membrana ou MEA, formado de uma membrana eletrolítica seletivamente liberando prótons e, de ambos os lados desta membrana, o anodo e o catodo.More specifically a proton exchange membrane fuel cell or PEMFC, it comprises at least one unit cell containing an electrode-membrane assembly or MEA, formed of a selectively releasing electron membrane proton and, on either side of this membrane, the anode and the cathode.

[0005] A membrana é geralmente feita de um ionômero perfluoricosulfônico (PFSA) como o Nafion®. Os eletrodos, também chamados camadas catalíticas ou ativas, contém um catalizador, preferencialmente platina(Pt), apoiados em carbono, e possivelmente um ionômero, geralmente o mesmo daquele formando a membrana.[0005] The membrane is generally made of a perfluoricosulfonic ionomer (PFSA) such as Nafion®. The electrodes, also called catalytic or active layers, contain a carbon-supported catalyst, preferably platinum (Pt), and possibly an ionomer, usually the same as the one forming the membrane.

[0006] Ao nível de anodo, dihidrogênio (H2), usado como combustível, é ionizado para produzir prótons cruzando a membrana. Os elétrons produzidos por esta reação migram em direção uma placa de fluxo e então cruzam um circuito elétrico externo a célula para gerar uma corrente elétrica. No nível de catodo, oxigênio(02) é reduzido e reage com os prótons que cruzaram a membrana, para formar água.At the anode level, dihydrogen (H2), used as fuel, is ionized to produce protons crossing the membrane. The electrons produced by this reaction migrate toward a flow plate and then cross an electrical circuit outside the cell to generate an electric current. At the cathode level, oxygen (02) is reduced and reacts with the protons that cross the membrane to form water.

[0007] As camadas difusoras de gás ou GDL, convencionalmente feitas de fibras de grafite, são interpostas entre os eletrodos e as placas de fluxo.Gas diffuser or GDL layers conventionally made of graphite fibers are interposed between the electrodes and the flow plates.

[0008] Como já mencionado, uma PEMFC pode compreender uma pilha de células unitárias, e com isto uma pluralidade de MEAs arranjados entre duas placas de fluxo. Nesta configuração, duas células unitárias adjacentes são geralmente separadas pela mesma placa, tendo uma das suas superfícies em contato com o compartimento do catodo de uma primeira MEA e sua outra superfície em contato com o compartimento do anodo de uma segunda MEA (Figura 1). Por esta razão, as placas de fluxo de PEMFCes são geralmente chamadas “placas bipolares”.As already mentioned, a PEMFC may comprise a unit cell stack, and thereby a plurality of MEAs arranged between two flow plates. In this configuration, two adjacent unit cells are generally separated by the same plate, one of their surfaces in contact with the cathode compartment of a first MEA and their other surface in contact with the anode compartment of a second MEA (Figure 1). For this reason, PEMFCes flow plates are generally called “bipolar plates”.

[0009] Com isto uma placa bipolar realiza várias funções, incluindo, em particular: - a distribuição dos gases (H2, 02, ou ar) e a descarga da água formada, possivelmente através dos canais e/ou portas formadas naquele lugar - a coleção dos elétrons gerada nos anodos das diferentes células unitárias, que implica que a placa seja condutora elétrica; - o resfriamento das células unitárias, possivelmente através do fluxo de um líquido de resfriamento através daquela; - um apoio mecânico para a MEA.With this a bipolar plate performs several functions, including in particular: - the distribution of gases (H2, 02, or air) and the discharge of water formed, possibly through the channels and / or doors formed therein - collection of electrons generated at the anodes of the different unit cells, which implies that the plate is an electrical conductor; - cooling unit cells, possibly through the flow of a coolant through that; - a mechanical support for the MEA.

[0010] Por razões de custo, tamanho e de desempenho uma placa bipolar para PEMFC é geralmente feita de metal.For cost, size and performance reasons a bipolar plate for PEMFC is generally made of metal.

[0011] A placa bipolar está entretanto em um ambiente corrosivo, que pode causar sua degradação ao longo do tempo com, como uma consequência a cristalização dos íons de metal no caso de uma placa metálica.The bipolar plate is however in a corrosive environment which can cause its degradation over time with as a consequence the crystallization of metal ions in the case of a metal plate.

[0012] Esta corrosão pode ter várias consequências: [0013] Em casos extremos, o fenômeno de corrosão pode resultar na perfuração da placa, levando a perda de ajuste entre os compartimentos de anodo e catodo.This corrosion can have several consequences: In extreme cases, the corrosion phenomenon can result in plate perforation, leading to loss of fit between the anode and cathode compartments.

[0014] A corrosão da placa pode levar a formação de uma camada de óxido isolante no metal, que aumenta a resistência de contato com a camada de difusão de gás, com que aumenta a resistência elétrica entre a placa e o GDL, e diminui o desempenho da célula de combustível.Corrosion of the plate can lead to the formation of an insulating oxide layer in the metal, which increases the contact resistance with the gas diffusion layer, which increases the electrical resistance between the plate and the GDL, and decreases the resistance. fuel cell performance.

[0015] Além, os íons do metal cristalizados podem alterar a operação da membrana eletrolítica. Com isto, Wang et al. (Journal of Power Sources 183, 2008, 576-580)e Kelly et al. (Journal of Power Sources 145, 2005, 249-252) tem destacado a influência adversa dos íons de metal (Fe3+ e Cr3+, Cu2+ e Ni2+ respectivamente) sobre a condutividade de uma membrana de troca de próton tipo Nafion®. Os íons de metal podem também “contaminar” o catalizador presente nos eletrodos, ocupando os lugares ativos e por isto diminuir a atividade do catalizador. Na verdade, o desempenho e a durabilidade da célula pode ser afetada negativamente pela degradação da placa bipolar.In addition, crystallized metal ions may alter the operation of the electrolytic membrane. With this, Wang et al. (Journal of Power Sources 183, 2008, 576-580) and Kelly et al. (Journal of Power Sources 145, 2005, 249-252) has highlighted the adverse influence of metal ions (Fe3 + and Cr3 +, Cu2 + and Ni2 + respectively) on the conductivity of a Nafion® proton exchange membrane. Metal ions can also “contaminate” the catalyst present in the electrodes, occupying the active places and thereby decreasing the catalyst activity. In fact, cell performance and durability can be negatively affected by bipolar plate degradation.

[0016] Para diminuir a corrosão das placas metálicas, as soluções empregadas no passado tem compreendido especialmente a proteção das ditas placas por meio de um revestimento tendo também propriedades de condução elétrica.In order to reduce the corrosion of metal plates, the solutions employed in the past have especially understood the protection of said plates by means of a coating also having electrical conducting properties.

[0017] Pode em particular ser um revestimento contendo metais nobres ou carbono em uma matriz de polímeros.It may in particular be a coating containing noble metals or carbon in a polymer matrix.

[0018] A este respeito, o documento EP 2469634 descreve uma placa bipolar metálica tendo um filme descontínuo contendo um metal nobre (Au, Pt, Ir, Ru) e um filme de óxido formado na parte da placa que não compreende o filme descontínuo.In this regard, EP 2469634 describes a bipolar metal plate having a discontinuous film containing a noble metal (Au, Pt, Ir, Ru) and an oxide film formed on the part of the plate that does not comprise the discontinuous film.

[0019] Documento EP 2112250 descreve uma placa bipolar tendo, na sua superfície, uma camada passiva contendo cromo e então um filme feito de nitreto de metal (MNx) metal/nitreto de metal (M/MNx), carbeto de metal (MCy), ou boreto de metal (MBz).EP 2112250 describes a bipolar plate having, on its surface, a passive chromium-containing layer and then a film made of metal nitride (MNx) metal / metal nitride (M / MNx), metal carbide (MCy) , or metal boride (MBz).

[0020] Além, o documento US 7699916 descreve uma placa bipolar tendo um revestimento de filme polímero contendo partículas condutoras menores que 10 micrometros.In addition, US 7699916 describes a bipolar plate having a polymer film coating containing conductive particles smaller than 10 micrometers.

[0021] O documento FR 2971628 descreve a inserção de camadas feitas de uma matriz de poliuretano tendo enchimentos de materiais condutores incluídos naquela entre a placa bipolar metálica e a camada de difusão de gás.FR 2971628 describes the insertion of layers made of a polyurethane matrix having fillers of conductive materials included therein between the metal bipolar plate and the gas diffusion layer.

[0022] Na prática os revestimentos desenvolvidos na técnica passada permitem proteger fisicamente a placa bipolar metálica do ambiente corrosivo da célula de combustível.In practice, coatings developed in the past technique physically protect the metal bipolar plate from the corrosive environment of the fuel cell.

[0023] Há entretanto uma necessidade permanente de desenvolver novas soluções técnicas permitindo limitar a degradação das placas metálicas para PEMFCs e acima de tudo melhorar a durabilidade do desempenho de tais células. Breve descrição da invenção [0024] A presente invenção se encaixa neste contexto. De uma maneira original o Depositante desenvolveu um revestimento para uma placa metálica PEMFC, formando tanto uma barreira física como química. Com isto a placa é protegida do ambiente corrosivo, que evita que seja degradada. Além, o núcleo da célula, isto é, a membrana assim como os eletrodos, são protegidos da liberação possível dos íons de metal, que as permite manter o desempenho e a durabilidade da célula.There is, however, a continuing need to develop new technical solutions to limit the degradation of metal plates to PEMFCs and above all to improve the durability of the performance of such cells. Brief Description of the Invention The present invention fits in this context. In an original manner the Depositor developed a coating for a PEMFC sheet metal, forming both a physical and chemical barrier. The plate is thus protected from the corrosive environment which prevents it from being degraded. In addition, the cell nucleus, that is, the membrane as well as the electrodes, are protected from the possible release of metal ions, which allows them to maintain cell performance and durability.

[0025] Com isso, e segundo um primeiro aspecto, a invenção se refere a uma placa metálica tendo, em pelo menos uma das suas superfícies um revestimento compreendendo: - enchimentos de materiais condutivos; - um polímero usado como ligante; - um composto absorvedor cátions de metal.Accordingly, and according to a first aspect, the invention relates to a metal plate having on at least one of its surfaces a coating comprising: - conductive material fillers; - a polymer used as a binder; - a metal cation absorber compound.

[0026] Na estrutura da invenção, “placa metálica” designa uma placa contendo metal, ou mesmo feita de metal, preferencialmente aço inoxidável. Os materiais usados para formar placas bipolares contendo metal são apresentadas no documento Hermann et al. (International Journal of Hydrogen Energy 30 (2005) 1297-1302).In the structure of the invention, "metal plate" means a plate containing metal, or even made of metal, preferably stainless steel. The materials used to form metal-containing bipolar plates are presented in Hermann et al. (International Journal of Hydrogen Energy 30 (2005) 1297-1302).

[0027] A placa metálica é com isto feita de um material condutor elétrico particularmente permitindo coletar os elétrons gerados no anodo da célula. Por isto no quadro da invenção, pode ser chamada “placa de fluxo” assim como a “placa de coleta de corrente” ou “placa bipolar”.[0027] The metal plate is thereby made of an electrically conductive material particularly allowing to collect the electrons generated at the anode of the cell. Therefore in the framework of the invention it may be called a "flow plate" as well as the "current collection plate" or "bipolar plate".

[0028] No contexto de seu uso em uma célula de combustível, esta placa preferencialmente tem um formato retangular ou mesmo quadrado, com uma área de superfície na faixa de 100 até 1000 cm2, por exemplo 220 cm2. Sua espessura pode variar entre 50 e 500 pm e pode ser, como exemplo, 200 pm. Deve ser observado que uma placa pode ser na verdade de duas ou mais placas em pilha, preferencialmente soldadas, que permite formar canais de resfriamento entre as placas.In the context of its use in a fuel cell, this plate preferably has a rectangular or even square shape, with a surface area in the range of 100 to 1000 cm2, for example 220 cm2. Its thickness can vary between 50 and 500 pm and can be, for example, 200 pm. It should be noted that a plate may actually be two or more stacked plates, preferably welded, which allow cooling channels to form between the plates.

[0029] De novo, em relação ao seu uso em uma célula, tal placa é preferencialmente guarnecida com dentes e/ou canais. Melhor ainda, os dentes estão localizados na superfície da placa em contato com o eletrodo para coletar a corrente produzida, enquanto os canais permitem a entrada de gases e descarga da água produzida.Again, in relation to its use in a cell, such a plate is preferably provided with teeth and / or channels. Better yet, the teeth are located on the surface of the plate in contact with the electrode to collect the current produced, while the channels allow gases to enter and discharge the produced water.

[0030] Tipicamente segundo a invenção, tal placa é guarnecida com um revestimento em pelo menos uma das suas superfícies, preferencialmente a que voltada para estar em contato com a camada de difusão de gás. Na prática e no caso de pilha de uma MEA e de uma placa bipolar, a placa metálica é revestida nas duas superfícies. Segundo um contexto específico o revestimento forma uma camada contínua sobre a superfície inteira da placa.Typically according to the invention, such a plate is provided with a coating on at least one of its surfaces, preferably that facing to be in contact with the gas diffusion layer. In practice and in the case of stacking an MEA and a bipolar plate, the metal plate is coated on both surfaces. According to a specific context the coating forms a continuous layer over the entire surface of the plate.

[0031] Preferencialmente o revestimento aparece na forma de uma camada contínua tendo uma espessura de preferência uniforme. Também de preferência ainda a espessura do revestimento está na faixa de 1 a 50 micrometros ou mesmo de 10 a 20 micrometros.Preferably the coating appears in the form of a continuous layer having a preferably uniform thickness. Also preferably also the coating thickness is in the range of from 1 to 50 micrometers or even from 10 to 20 micrometers.

[0032] Tal revestimento compreende pelo menos um polímero formando uma matriz de polímeros e/ou comportando-se como um ligante, capaz de dar uma resistência mecânica aceitável ao revestimento. Além, tal polímero deve resistir às condições de operação de uma célula. Uma mistura de polímeros pode também ser incluída.Such a coating comprises at least one polymer forming a polymer matrix and / or behaving as a binder capable of giving the coating an acceptable mechanical strength. In addition, such a polymer must withstand the operating conditions of a cell. A polymer blend may also be included.

[0033] Segundo um contexto específico, este polímero é do tipo poliuretano, isto é um polímero de uretano. Na prática, o polímero pode ser obtido pela condensação entre um poliol(por exemplo Bayers Bayhydrol®) e um poliisocianato, preferencialmente um diisocianato(por exemplo Bayer Bayhydur®).According to a specific context, this polymer is of the polyurethane type, ie a urethane polymer. In practice, the polymer may be obtained by condensation between a polyol (e.g. Bayers Bayhydrol®) and a polyisocyanate, preferably a diisocyanate (e.g. Bayer Bayhydur®).

[0034] Para dar o caráter desejado de condutor elétrico ao revestimento, este revestimento também compreende enchimentos de materiais condutores, preferencialmente incluído na matriz do polímero. Estes enchimentos podem ser feitos de negro de fumo, grafite, fibras de carbono, ou uma mistura destas.To give the desired electrical conductive character to the coating, this coating also comprises fillers of conductive materials, preferably included in the polymer matrix. These fillers may be made of carbon black, graphite, carbon fibers, or a mixture thereof.

[0035] Preferencialmente, os enchimentos aparecem na forma de partículas tendo um tamanho menor do que um micrometro. Como um exemplo, pode ser usado o negro de fumo tendo um tamanho de grão nanométrico preferencialmente inferior a 100 nanômetros. Os enchimentos podem particularmente aparecer na forma de agrupamentos de nano partículas negro de fumo.Preferably, the fillers appear in the form of particles having a size smaller than one micrometer. As an example, carbon black having a nanometer grain size preferably less than 100 nanometers may be used. The fillers may particularly appear in the form of clusters of carbon black nanoparticles.

[0036] A proporção de massa de enchimento é preferencialmente na faixa de 35 até 55%(peso seco dos enchimentos relativos ao peso seco do revestimento total) ou mesmo 40 até 50%.The filler mass ratio is preferably in the range of 35 to 55% (dry weight of the fillers relative to the dry weight of the total coating) or even 40 to 50%.

[0037] Tipicamente, segundo a invenção, o revestimento também tem a propriedade de absorver íons de metal, em particular os cátions de metal capazes de ser cristalizados pela placa metálica.Typically, according to the invention, the coating also has the property of absorbing metal ions, in particular metal cations capable of being crystallized by the metal plate.

[0038] No caso da placa de aço, estes são, particularmente, íons de ferro (Fe3+), íons de cromo (Cr3+) e possivelmente íons de níquel (Ni2+) ou molibdênio (Mo2+).In the case of steel plate, these are particularly iron ions (Fe3 +), chromium ions (Cr3 +) and possibly nickel (Ni2 +) or molybdenum (Mo2 +) ions.

[0039] Segundo um primeiro contexto, dito composto pode ser carbono ativado que acredita-se absorver íons metálicos devido a sua alta porosidade.According to a first context, said compound may be activated carbon which is believed to absorb metal ions due to its high porosity.

[0040] Preferencialmente o composto de absorção de cátions metálicos tem funções ou grupos tônicos e/ou ionizáveis. No caso específico onde o composto é um polímero, pode compreender unidades iônicas ou ionizáveis, por isto formando um ionômero.Preferably the metal cation absorption compound has tonic and / or ionizable functions or groups. In the specific case where the compound is a polymer, it may comprise ionic or ionizable units, thereby forming an ionomer.

[0041] Dada a natureza catiônica dos íons metálicos presentes, o composto absorvedor de íon de metal preferencialmente resiste a funções aniônicas e preferencialmente funções sulfônicas (S03H/S03-).Given the cationic nature of the metal ions present, the metal ion absorber compound preferably resists anionic functions and preferably sulfonic functions (S03H / S03-).

[0042] Na prática uma reação ácido base ocorre entre o cátion M+ e função S03- do composto, em equilíbrio muda fortemente em direção a formação de um par iônico íntimo. Os cátions de metal tem uma mobilidade muito baixa desde que estes íons tem uma forte afinidade pela base devido ao fato que formam um ácido 'macio’ diferentemente dos prótons que são “duros” (pelo que uma baixa afinidade e uma maior mobilidade).In practice an acid base reaction occurs between the M + cation and the S03- function of the compound, in equilibrium strongly shifting towards the formation of an intimate ionic pair. Metal cations have very low mobility since these ions have a strong base affinity due to the fact that they form a 'soft' acid unlike 'hard' protons (whereby a low affinity and greater mobility).

[0043] Segundo contexto específico, a função de absorção de cátion de metal pode ser diretamente garantida pelo polímero comportando-se como ligante, que preferencialmente soma de 45 a 65% em peso do revestimento final (peso seco do polímero relativo ao peso total seco do revestimento) e preferencialmente ainda de 50 a 60%. Neste caso específico, o revestimento compreende, ou ainda é feito de, um ionômero capaz de absorver cátions de metal e comportar-se como um ligante, assim como enchimentos de material condutor.According to the specific context, the metal cation absorption function can be directly ensured by the polymer behaving as a binder, which preferably amounts to 45 to 65% by weight of the final coating (polymer dry weight relative to total dry weight). preferably from 50 to 60%. In this particular case, the coating comprises, or is made of, an ionomer capable of absorbing metal cations and behaving as a binder, as well as fillers of conductive material.

[0044] Segundo outro contexto o polímero comportando-se como um ligante e o composto de absorção cátion metálico são duas moléculas diferentes. Geralmente o composto absorvedor do cátion metálico soma de 1 a 10% por peso do revestimento (peso seco do composto absorvedor de cátion de metal relativo ao peso seco do revestimento total) ou mesmo de 5 a 10%.According to another context the polymer behaving as a binder and the metal cation absorption compound are two different molecules. Generally the metal cation absorbing compound amounts to 1 to 10% by coating weight (dry weight of the metal cation absorbing compound relative to the total coating dry weight) or even 5 to 10%.

[0045] Segundo a um contexto preferido, o composto absorvedor de cátion metálico é também polimérico, com isto formando um ionômero, preferencialmente um ionômero absorvedor de cátion. No quadro da invenção “um ionômero absorvedor de cátion” designa um ionômero tendo seus grupos ionizados e/ou ionizáveis particularmente permitindo absorver íons de metal positivamente carregados.According to a preferred context, the metal cation absorber compound is also polymeric, thereby forming an ionomer, preferably a cation absorber ionomer. In the context of the invention a "cation absorbing ionomer" means an ionomer having its ionized and / or ionizable groups particularly allowing to absorb positively charged metal ions.

[0046] Neste caso, o polímero usado como ligante e o polímero absorvedor de cátion de metal preferencialmente somam de 45 a 65% em peso do revestimento final (peso seco do polímero relativo ao peso seco do revestimento total) mais preferencialmente ainda de 50 a 60%. Dentro do componente polímero do revestimento, o ionômero absorvedor de cátion metálico soma de 1 a 10% em peso do revestimento final (peso seco do ionômero absorvedor de cátion metálico relativo ao peso seco do revestimento total) melhor ainda de 5 a 10%.In this case, the polymer used as a binder and the metal cation absorber polymer preferably amount from 45 to 65% by weight of the final coating (polymer dry weight relative to the total coating dry weight) more preferably from 50 to 65%. 60%. Within the polymer component of the coating, the metal cation absorber ionomer accounts for from 1 to 10% by weight of the final coating (dry weight of the metal cation absorber ionomer relative to the total coating dry weight) even better from 5 to 10%.

[0047] Este ionômero pode particularmente ser um polímero tendo sua cadeia principal compreendendo grupos CFn (n=1, 2), além aceitando grupos ácidos sulfônicos na forma de ácido ou sal formado. Pode ser particularmente um polímero perfluorsulfônico ou ácido perfluorsulfônico (PFSA). PFSAs são ionômeros derivados do ácido perfluorsulfônico, isto é compreendendo grupos S03 sulfonatos. São também polímeros fluorados.This ionomer may particularly be a polymer having its backbone comprising CFn groups (n = 1, 2), in addition to accepting sulfonic acid groups in the form of acid or salt formed. It may be particularly a perfluorsulfonic polymer or perfluorsulfonic acid (PFSA). PFSAs are ionomers derived from perfluorsulfonic acid, that is comprising SO3 sulfonate groups. They are also fluorinated polymers.

[0048] Com isto, inesperadamente, o Depositante mostrou que os ionômeros atualmente usados no contexto de PEMFCs contidos na membrana para garantir o transporte de prótons e possivelmente nas camadas catalíticas podiam ser incorporadas nos revestimentos segundo a invenção. Estes ionômeros usados por sua capacidade de absorver prótons (H+) são com isto usados na placa para absorver cátions de metal.With this, unexpectedly, the Depositor has shown that ionomers currently used in the context of membrane-contained PEMFCs to ensure proton transport and possibly catalytic layers could be incorporated into the coatings according to the invention. These ionomers used for their ability to absorb protons (H +) are thus used on the plate to absorb metal cations.

[0049] Geralmente, os polímeros PFSA tem uma fórmula -(CF2-CF2) x -(CF(0-RÍ-S03H) ~CF2)y onde Rf é um grupo de carbono fluorado, x e y inteiros positivos.Generally, PFSA polymers have a formula - (CF2-CF2) x - (CF (O-RI-SO3 H) -FC2) where Rf is a fluorinated carbon group, x and y positive integers.

[0050] Tais ionômeros são comercialmente disponíveis, por exemplo sob o nome registrado Nafion® (Dupont), Aquivion® (Solvay), Flemion® (Asahi Glass), Fumion® (Fumatech) ou Aciplex® (Asahi Chemical Company).Such ionomers are commercially available, for example under the registered name Nafion® (Dupont), Aquivion® (Solvay), Flemion® (Asahi Glass), Fumion® (Fumatech) or Aciplex® (Asahi Chemical Company).

[0051] Um ionômero particularmente adaptado é um derivativo tetrafluoretileno sulfonado, por exemplo vendido sob a marca registrada Nafion® (Dupont).A particularly adapted ionomer is a sulfonated tetrafluoroethylene derivative, for example sold under the tradename Nafion® (Dupont).

[0052] Como um exemplo o produto Nafion® D2020 número CAS31175-20-9 pode ser usado no contexto da presente invenção.As an example Nafion® D2020 product number CAS31175-20-9 may be used in the context of the present invention.

[0053] Tal ionômero preferencialmente tem a seguinte estrutura pegada de cadeia.Such an ionomer preferably has the following chain footprint structure.

[0054] k sendo um inteiro positivo.[0054] k being a positive integer.

[0055] Outro ionômero adaptado é o tetrafluoretilene e copolímero Vinil Fluoreto Sulfonyl, por exemplo, vendido sobre o nome Aquivion (Solvay), preferencialmente sob o número CAS 111173-25-2.Another suitable ionomer is tetrafluoroethylene and copolymer Vinyl Fluoride Sulfonyl, for example, sold under the name Aquivion (Solvay), preferably under CAS number 111173-25-2.

[0056] Tal ionômero preferencialmente tem a seguinte estrutura pegada de cadeia.Such an ionomer preferably has the following chain footprint structure.

[0057] Segundo um contexto específico, o ionômero presente no revestimento segundo a invenção é o mesmo daquele formando a membrana da célula, e possivelmente como aquele presente nas camadas catalíticas de dita célula.According to a specific context, the ionomer present in the coating according to the invention is the same as that forming the cell membrane, and possibly as present in the catalytic layers of said cell.

[0058] Como mencionado antes o composto absorvedor do íon metálico preferencialmente um ionômero mais ainda um PFSA tal como Nafion® pode somar de 1 a 10% em peso do revestimento(peso seco do composto relativo ao peso seco do revestimento total) ou mesmo de 5 a 10%.As mentioned above the metal ion absorbing compound preferably an ionomer plus a PFSA such as Nafion® may add from 1 to 10% by weight of the coating (dry weight of the compound relative to the dry weight of the total coating) or even 5 to 10%.

[0059] No caso onde for. o mesmo ionômero daquele que formou a membrana da célula, a quantidade de ionômero presente no revestimento pode ser expressa em % do peso do peso da membrana. Preferencialmente a proporção de massa do ionômero no revestimento soma de'0,5 a 5% do peso da membrana da célula.Where so. the same ionomer as the one that formed the cell membrane, the amount of ionomer present in the coating can be expressed as a% of the weight of the membrane weight. Preferably the mass ratio of the ionomer in the coating is from 0.5 to 5% of the cell membrane weight.

[0060] Por isto preferencialmente o revestimento da placa metálica segundo a invenção compreende, em peso seco relativo ao peso seco do revestimento: - de 35 a 55% do enchimento de material condutivo - de 45 a 65% do polímero, incluindo de 1 a 10% do composto absorvedor de cátions metálicos preferencialmente quando dito composto é um ionômero.Therefore preferably the metal plate coating according to the invention comprises, in dry weight relative to the dry weight of the coating: - from 35 to 55% of the conductive material filler - from 45 to 65% of the polymer, including from 1 to 10% of the metal cation absorbing compound preferably when said compound is an ionomer.

[0061] Segundo a um contexto preferencial da invenção o revestimento compreende ou é feito de: - de 40 a 50% doenchimento de material condutor, preferencialmente negro de fumo; ~ - de 50 a 60% de polímeros, incluindo de 5 a 10% do composto absorvedor de cátions metálicos, preferencialmente poliuretano e PFSA como Nafion®.According to a preferred context of the invention the coating comprises or is made of: - from 40 to 50% of the fill of conductive material, preferably carbon black; - from 50 to 60% of polymers, including from 5 to 10% of the metal cation absorbing compound, preferably polyurethane and PFSA as Nafion®.

[0062] O revestimento pode também compreender pelo menos um aditivo, que pode ser selecionado de um grupo contendo: - um agente superfície-ativo como SDS(sódio dodecil sulfato) ou Triton X100, para promover a dispersão do enchimento na solução dando o revestimento e/ou - um agente de superfície, como Byk33, para nivelar a superfície do revestimento, com isto dando um melhor contato elétrico.The coating may also comprise at least one additive, which may be selected from a group containing: a surface active agent such as SDS (sodium dodecyl sulfate) or Triton X100, to promote dispersion of the filler in the solution giving the coating and / or - a surface agent, such as Byk33, for leveling the surface of the coating, thereby giving better electrical contact.

[0063] Estes aditivos podem entretanto, ter a desvantagem de contaminar a membrana. Notavelmente, foi observado no contexto da invenção que a presença do composto absorvedor de cátion metálico poderia permitir fazer sem um agente superfície ativo e por isto evitar uma contaminação possível da membrana. Isto é particularmente verdadeiro quando o composto absorvedor do cátion metálico for um ionômero tendo uma cadeia hidrofóbica e um grupo hidrofílico, particularmente uma PFSA tal como Nafion®. Com isso e segundo um contexto específico, o revestimento segundo a invenção não contém nenhum agente superfície ativo adicional.These additives may however have the disadvantage of contaminating the membrane. Notably, it has been observed in the context of the invention that the presence of the metal cation absorbing compound could make it possible to do without a surface active agent and thereby avoid possible membrane contamination. This is particularly true when the metal cation absorbing compound is an ionomer having a hydrophobic chain and a hydrophilic group, particularly a PFSA such as Nafion®. Accordingly and in a specific context, the coating according to the invention does not contain any additional active surface agents.

[0064] Na maneira adaptada, tal placa é para célula de combustível, células de combustível com membrana de troca próton preferencialmente.In the adapted manner, such plate is for fuel cell, proton exchange membrane fuel cells preferably.

[0065] Por isto, segundo outro aspecto, a presente invenção visa uma célula de combustível de membrana de troca de próton (PEMFC) compreendendo, pelo menos, uma placa metálica como definida acima.Accordingly, in another aspect, the present invention is directed to a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) comprising at least one metal plate as defined above.

[0066] Preferencialmente, neste contexto, a placa metálica tem um revestimento pelo menos na sua superfície em contato com a camada de difusão de gás (GDL). No caso de uma placa bipolar e de uma pilha de células, a placa compreende um revestimento como definido acima em cada uma das superfícies.Preferably, in this context, the metal plate has a coating at least on its surface in contact with the gas diffusion layer (GDL). In the case of a bipolar plate and a cell stack, the plate comprises a coating as defined above on each surface.

[0067] Como já mencionado, o composto absorvedor de cátion metálico é preferencialmente o mesmo ionômero daquele formando a membrana e/ou daquele presente nas camadas catalíticas preferencialmente uma PFSA como Nafion®.As already mentioned, the metal cation absorbing compound is preferably the same ionomer as that forming the membrane and / or that present in the catalytic layers preferably a PFSA such as Nafion®.

[0068] Segundo outro aspecto, a presente invenção relaciona-se a uma composição e a um método dando uma placa metálica revestida, como definido acima.According to another aspect, the present invention relates to a composition and method giving a coated metal plate as defined above.

[0069] Tipicamente, esta composição compreende: - enchimentos de materiais condutores - um polímero voltado para se comportar como um ligante ou precursores desta; - um composto absorvedor de cátion metálico preferencialmente um ionômero; - um solvente.Typically, this composition comprises: fillers of conductive materials - a polymer designed to behave as a binder or precursors thereof; a metal cation absorbing compound preferably an ionomer; - a solvent.

[0070] O solvente catalizador deve permitir solubilização do polímero comportando-se como ligante e/ou ionômero e pode ser água e/ou álcool (etanol, propanol...). Pode, é claro, ser uma mistura de solventes. Na composição segundo a invenção, a proporção de massa de matéria seca é tipicamente na faixa de 1 a 20% particularmente dependendo do método de deposição, o solvente então constituindo de 80 a 99% em massa da composição.The catalyst solvent should allow polymer solubilization to behave as a binder and / or ionomer and may be water and / or alcohol (ethanol, propanol ...). It may, of course, be a solvent mixture. In the composition according to the invention, the dry matter mass ratio is typically in the range of 1 to 20% particularly depending on the deposition method, the solvent then constituting from 80 to 99% by mass of the composition.

[0071] As proporções de massa, na composição, dos enchimentos de material condutor, do polímero ligante, e do composto absorvedor de cátion metálico são tais como, depois da evaporação do solvente do excipiente, suas proporções de massas no revestimento são como indicado acima.The mass ratios, in composition, fillers of conductive material, binder polymer, and metallic cation absorber compound are such that, after evaporation of the excipient solvent, their mass ratios in the coating are as indicated above. .

[0072] Deve ser observado que o polímero comportando-se como ligante pode ser obtido diretamente pela polimerização na composição mesmo in situ na placa. Neste caso os monômeros ou precursores adaptados ou podem ser usados em vez do polímero final. No caso de poliuretano, por exemplo, a composição pode conter um poliol (como Bayhydrol® comercializado pela Bayer) e um polisocianato (como Bayhydur® comercializado pela Bayer). Na prática a polimerização ocorre pelo tratamento térmico tipicamente nas condições seguintes: - numa temperatura na faixa de 130°C até 170°C preferencialmente igual a 135°C. - Para uma duração por uns poucos minutos até umas poucas horas, preferencialmente de 30 a 60 minutos.It should be noted that the polymer behaving as a binder can be obtained directly by polymerization in the composition even in situ on the plate. In this case the monomers or precursors adapted or may be used instead of the final polymer. In the case of polyurethane, for example, the composition may contain a polyol (such as Bayerol® marketed by Bayer) and a polyisocyanate (such as Bayhydur® marketed by Bayer). In practice the polymerization occurs by heat treatment typically under the following conditions: - at a temperature in the range of 130 ° C to 170 ° C, preferably equal to 135 ° C. - For a duration of a few minutes to a few hours, preferably 30 to 60 minutes.

[0073] Como mencionado em relação ao revestimento, como uma composição pode também compreender aditivos.As mentioned with respect to the coating, as a composition may also comprise additives.

[0074] Pode particularmente compreender um agente superfície-ativo, como SDS (Sulfato dodecil Sódio) ou Triton X100. Na verdade é conhecido que um agente superfície ativo ajuda dispersar o negro de fumo e o ligante na fase solvente. A proporção de massa do agente superfície-ativo na composição deve entretanto ser tão baixo quanto possível desde que, como já mencionado antes, pode contaminar a membrana por cristalização. E preferencial menor do que 1%, tipicamente entre 0,1 e 1%.It may particularly comprise a surface active agent, such as SDS (Sodium Dodecyl Sulphate) or Triton X100. It is actually known that a surface active agent helps to disperse carbon black and the binder in the solvent phase. The mass ratio of the surface active agent in the composition should however be as low as possible since, as already mentioned, it can contaminate the membrane by crystallization. It is preferably less than 1%, typically between 0.1 and 1%.

[0075] Similarmente para a preparação de uma composição voltada para a fabricação de um revestimento convencional, a composição é preparada como a seguir: - dissolução do agente superfície-ativo no solvente, preferencialmente enquanto mexendo; - adição dos enchimentos de materiais condutores preferencialmente negro de fumo; - adição do ligante polímero; - adlição do composto absorvedor de cátion metálico, preferencialmente um ionômero, mais preferencialmente ainda um PFSA como Nafion®;Similarly for the preparation of a composition intended for the manufacture of a conventional coating, the composition is prepared as follows: dissolving the surface active agent in the solvent, preferably while stirring; addition of conductive material fillers preferably carbon black; - addition of polymer binder; adding the metal cation absorbing compound, preferably an ionomer, most preferably a PFSA such as Nafion®;

Possível dispersão dos enchimentos de materiais condutores, preferencialmente negro de fumo, por exemplo, com uma barra magnética ou ultrassom.Possible dispersion of fillers of conductive materials, preferably carbon black, for example with a magnetic bar or ultrasound.

[0076] Notavelmente, o composto absorvedor de cátion metálico, preferencialmente um ionômero, mais preferencialmente ainda um PFSA como Nafion® pode ajudar dispersar os enchimentos de materiais condutores no sistema de solvente.Notably, the metal cation absorbing compound, preferably an ionomer, most preferably a PFSA such as Nafion® may help to disperse conductive material fillers in the solvent system.

[0077] Segundo um contexto específico, a composição da invenção assim como o revestimento obtido por isto não contém nenhum outro agente superfície - ativo.According to a specific context, the composition of the invention as well as the coating obtained therefrom does not contain any other surface active agent.

[0078] Neste caso simplifica-se o protocolo de preparação da composição: - dissolução do composto de absorção do cátion metálico, preferencialmente um ionômero, mais preferencialmente ainda uma PFSA como Nafion®, no solvente, preferentemente enquanto mexendo; - adição dos enchimentos de materiais condutores, preferencialmente negro de fumo; - adição do ligante polímero; possível dispersão dos enchimentos de materiais condutores, preferencialmente negro de fumo, por exemplo com barra magnética ou ultrassom.In this case the composition preparation protocol is simplified: - dissolving the metal cation absorption compound, preferably an ionomer, more preferably a PFSA such as Nafion®, in the solvent, preferably while stirring; addition of conductive material fillers, preferably carbon black; - addition of polymer binder; possible dispersion of fillers of conductive materials, preferably carbon black, for example with magnetic bar or ultrasound.

[0079] Como já mencionado, outros aditivos podem estar presentes nesta composição, como exemplo, agentes de superfície permitindo suavizar a superfície de revestimento.As already mentioned, other additives may be present in this composition, such as surface agents allowing to smooth the coating surface.

[0080] A presente invenção também visa a um método de preparar a placa metálica compreendendo um revestimento como definido acima, compreendendo os passos de: - deposição da composição descrita em uma placa metálica; - secagem da placa metálica.The present invention also relates to a method of preparing the metal plate comprising a coating as defined above comprising the steps of: depositing the composition described on a metal plate; - drying of the metal plate.

[0081] A secagem é realizada em uma temperatura permitindo a evaporação do sistema de solvente presente, por exemplo, entre 60 e 80°C para uma mistura água/etanol.Drying is performed at a temperature allowing evaporation of the present solvent system, for example, between 60 and 80 ° C to a water / ethanol mixture.

[0082] No caso em que o polímero comporta-se como ligante não está em sua forma polimerizada, um tratamento térmico pode ser realizado nas condições descritas acima. Estes tratamentos térmicos podem ser realizados depois da secagem da placa, ou pode substituir a secagem.In the event that the polymer behaves as a binder not in its polymerized form, a heat treatment may be carried out under the conditions described above. These heat treatments can be performed after the plate has dried, or it can replace drying.

[0083] A deposição da composição para formar o revestimento pode ser realizado por qualquer método convencional conhecido por aqueles habilitados na arte, particularmente pelo espalhamento, pela pulverização, por aplicação de espalhamento, por rolos ou por silk-screen.Deposition of the composition to form the coating may be accomplished by any conventional method known to those skilled in the art, particularly by spreading, spraying, spreading, roller or silk screen.

[0084] A invenção e as vantagens resultantes aparecerão melhor a partir dos desenhos e exemplos seguintes, dados como ilustração não limitante da invenção. Descrição dos desenhos [0085] A Figura 1 ilustra o fenômeno de corrosão dentro de uma célula de combustível de membrana de troca protônica.The invention and the resulting advantages will appear better from the following drawings and examples, given as a non-limiting illustration of the invention. Description of the Drawings Figure 1 illustrates the corrosion phenomenon within a proton exchange membrane fuel cell.

Exemplos de contexto 1/ Deterioração de uma célula de combustível;Context Examples 1 / Deterioration of a fuel cell;

[0086] A figura 1 ilustra uma célula de combustível compreendendo uma pilha de MEAs(conjuntos membrana-eletrodos) separado por uma placa bipolar(7).Figure 1 illustrates a fuel cell comprising a stack of MEAs (membrane-electrode assemblies) separated by a bipolar plate (7).

[0087] Cada MEA é formado de: - Um anodo (3) onde o hidrogênio oxida-se para dar dois prótons e dois elétrons: H2 -> 2H- + 2e-; - Uma membrana de troca de prótons (2); - um catodo (1) onde o oxigênio é reduzido em água: 2H+ + 2e- + 1/2 02 -> H2).Each MEA is formed of: An anode (3) where hydrogen oxidizes to give two protons and two electrons: H2 -> 2H- + 2e-; - a proton exchange membrane (2); - a cathode (1) where oxygen is reduced in water: 2H + + 2e- + 1/2 02 -> H2).

[0088] Cada um dos eletrodos é sustentado por um coletor de corrente, neste caso uma placa bipolar(7). Esta placa bipolar (preferencialmente duas placas soldadas juntas, para ter canais de resfriamento entre elas)(7) tem uma estrutura que permite a passagem dos gases reativos (H2 e 02 ou ar) mas também um líquido de resfriamento (8).Each electrode is supported by a current collector, in this case a bipolar plate (7). This bipolar plate (preferably two plates welded together to have cooling channels between them) (7) has a structure that allows the passage of reactive gases (H2 and 02 or air) but also a coolant (8).

[0089] Neste contexto específico a placa bipolar metálica é arrumada de modo a permitir o resfriamento de uma célula de combustível compreendendo uma pilha de células unitárias.In this specific context the metal bipolar plate is arranged to allow cooling of a fuel cell comprising a unit cell stack.

[0090] Durante a operação da célula de combustível, as placas bipolares metálicas (7) podem se degradar pelo fenômeno de corrosão, particularmente causado pela presença de um oxidante (oxigênio) ou um meio ácido (prótons originados da reação no anodo).During fuel cell operation, metal bipolar plates (7) may degrade due to the corrosion phenomenon, particularly caused by the presence of an oxidizer (oxygen) or an acid medium (protons originating from the anode reaction).

[0091] Como já indicado a corrosão da placa bipolar metálica (7) gera íons metálicos que podem: - (5) envenenar os catalizadores presentes nos eletrodos (1, 3); - (4) diminuir a condutívidade do próton da membrana (2); - (6) causar a formação do filme apassivador na placa bipolar (7).As already indicated, corrosion of the metal bipolar plate (7) generates metal ions that can: - (5) poison the catalysts present in the electrodes (1, 3); - (4) decrease the membrane proton conductivity (2); - (6) cause formation of the passivating film on the bipolar plate (7).

[0092] A placa bipolar metálica constituindo o objeto da invenção permite superar estes inconvenientes, devido à natureza de seu revestimento, em particular a presença de um composto, preferencialmente um ionômero, capaz de capturar íons de metal.The metal bipolar plate constituting the object of the invention makes it possible to overcome these drawbacks due to the nature of its coating, in particular the presence of a compound, preferably an ionomer, capable of capturing metal ions.

[0093] Na falta de tal revestimento, a corrosão pode causar a perfuração (9) da membrana de troca de próton (2) e mesmo da placa bipolar (7) como mostrado na figura 1.In the absence of such a coating, corrosion may cause perforation (9) of the proton exchange membrane (2) and even bipolar plate (7) as shown in Figure 1.

[0094] A placa bipolar transporta os elétrons gerados no anodo (3) em direção ao catodo (1). Também permite separar fortemente o anodo do catodo para evitar qualquer contato entre gases (H2 e 02 ou ar)nos eletrodos.The bipolar plate carries the electrons generated at the anode (3) towards the cathode (1). It also allows to strongly separate the anode from the cathode to avoid any contact between gases (H2 and 02 or air) in the electrodes.

[0095] Além, a placa bipolar metálica dá à célula um suporte mecânico. Pode também permitir a distribuição de gases (H2 e 02 ou ar) nos eletrodos.In addition, the metallic bipolar plate gives the cell a mechanical support. It may also allow the distribution of gases (H2 and 02 or air) in the electrodes.

[0096] A água formada no catodo pode também ser realizada devido a estrutura da placa bipolar metálica.The water formed in the cathode may also be realized due to the structure of the bipolar metal plate.

[0097] Finalmente a regulagem térmica da célula pode ser dada pela circulação de um líquido de resfriamento dentro da placa bipolar metálica (8). 2/Proteção da placa metálica por meio de um revestimento 2-1 Composição usada para a deposição de revestimento [0098] Uma tinta capaz de dar um revestimento segundo a invenção é preparada segundo o protocolo seguinte: - Pesagem do ionômero absorvedor de cátion metálico (Nafion®) tipo PFSA: ou seja 1,6 g o extrato seco somando 20%(isto é 0,32 g); - Pesagem do solvente: mistura água/etanol 7:1, em uma proporção: 400 g de água + 60 g de etanol; - Misturar o ionômero no solvente por meio de uma barra magnética; - Pesar o negro de fumo (Vulcan XC72 carbono = enchimentos de materiais condutores):4 g; - Misturar com uma barra de metal; - Pesagem do ligante na fase solvente: produto A (poliuretano, Bayer Bayhydrol® UXP 2239, 10 g com 33% extrato seco, ou seja 3,3g) e produto B (isocianato Bayer Bayhydur® BL 5335, 6 g com um 33% extrato seco ou seja 2g); - Dispersão de banho ultrassônico para quebrar agrupamentos de carbono e mistura por barra magnética.Finally the thermal regulation of the cell can be given by the circulation of a coolant inside the metal bipolar plate (8). 2 / Protection of the metal plate by means of a coating 2-1 Composition used for coating deposition An ink capable of coating the invention is prepared according to the following protocol: - Weighing of the metal cation absorber ionomer ( Nafion®) type PFSA: ie 1.6 g dry extract totaling 20% (ie 0.32 g); - Solvent weighing: 7: 1 water / ethanol mixture, in a ratio: 400 g of water + 60 g of ethanol; - Mix the ionomer in the solvent by means of a magnetic bar; - Weigh out carbon black (Vulcan XC72 carbon = conductive material fillers): 4 g; - Mix with a metal bar; - Weighing of binder in solvent phase: product A (polyurethane, Bayer Bayhydrol® UXP 2239, 10 g with 33% dry extract, ie 3.3 g) and product B (Bayer Bayhydur® BL 5335 isocyanate, 6 g with 33% dry extract ie 2g); - Ultrasonic bath dispersion to break carbon pools and magnetic bar mixing.

[0099] A tinta final compreende um extrato seco 2% e o solvente tem uma relação de água/álcool de 7.The final paint comprises a 2% dry extract and the solvent has a water / alcohol ratio of 7.

[00100] O revestimento obtido por meio desta composição tem a seguinte composição em massa: - partículas condutoras: Vulcan XC72 carbono: 41,6% - ligante: Bayer Bayhydrol® + Bayhydur® poliuretano 55% - Ionômero absorvedor de cátion de metal: Nafion® 3,4%.. 2-2 Obtenção do revestimento [00101] O revestimento é depositado pela pulverização pode também ser espalhada, com rolos, ou silkscreen.The coating obtained by this composition has the following mass composition: - conductive particles: Vulcan XC72 carbon: 41.6% - binder: Bayer Bayhydrol® + Bayhydur® polyurethane 55% - metal cation absorbing ionomer: Nafion ® 3.4%. 2-2 Obtaining the coating The coating that is deposited by spraying can also be spread, with rollers, or silkscreen.

[00102] Os orifícios de pulverização espalham por toda a placa bipolar, em linhas sucessivas. Repetindo este ciclo permite depositar camadas sucessivas finas, tendo uma espessura da ordem de um pm. A deposição de cerca de vinte camadas faz o depósito final.The spray nozzles spread throughout the bipolar plate in successive lines. Repeating this cycle allows depositing successive thin layers having a thickness of the order of one pm. The deposition of about twenty layers makes the final deposit.

[00103] O protocolo de deposição de revestimento é como a seguir: - Limpeza do placa bipolar, por exemplo, com acetona e álcool. - Começar o processo e colocar a bandeja a 60°C. - Encher o tanque com tinta. - Deposição multi camada em ciclos sucessivos. A secagem ocorre junto com a deposição de tinta. - Parar o processo e retirar a placa revestida. - Tratamento térmico em 135°C para ligar transversalmente (crosslink) o polímero por 60 minutos.The coating deposition protocol is as follows: - Cleaning the bipolar plate, for example with acetone and alcohol. - Begin the process and set the tray at 60 ° C. - Fill the tank with paint. - Multi layer deposition in successive cycles. Drying occurs along with paint deposition. - Stop the process and remove the coated plate. - 135 ° C heat treatment to crosslink the polymer for 60 minutes.

REIVINDICAÇÕES

Claims (12)

1. Placa metálica para uma célula de combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC), caracterizada pelo fato de que possui, em pelo menos uma de suas superfícies, um revestimento compreendendo: - enchimentos de material condutor; - um polímero usado como ligante; - composto de absorção de cátion metálico.1. Metal plate for a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), characterized in that it has, on at least one of its surfaces, a coating comprising: - conductive material fillers; - a polymer used as a binder; - metal cation absorption compound. 2. Placa metálica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o composto absorvedor de cátion metálico é um ionômero, vantajosamente um polímero perfluorsulfônico (PFSA).Metal plate according to Claim 1, characterized in that the metal cation-absorbing compound is an ionomer, advantageously a perfluorsulfonic polymer (PFSA). 3. Placa metálica de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que os enchimentos de material condutor são feitos de negro de fumo, grafite, fibras de carbono ou uma mistura dos mesmos.Metal plate according to Claim 1 or 2, characterized in that the fillers of conductive material are made of carbon black, graphite, carbon fibers or a mixture thereof. 4. Placa metálica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o polímero usado como ligante é poliuretano.Metal plate according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the polymer used as a binder is polyurethane. 5. Placa metálica de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizada pelo fato de que o revestimento compreende, em peso seco em relação ao peso seco do revestimento: - de 35 a 55% de enchimentos de material condutor. - de 45 a 65% de polímero, incluindo de 1 até 10% do composto de absorção de cátion metálico.Metal plate according to any one of Claims 2 to 4, characterized in that the coating comprises, in dry weight in relation to the dry weight of the coating: - from 35 to 55% fillers of conductive material. - 45 to 65% polymer, including 1 to 10% metal cation absorption compound. 6. Placa metálica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o revestimento não compreende nenhum agente de superfície.Metal plate according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the coating comprises no surface agents. 7. Célula de combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC), caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos uma placa metálica conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), characterized in that it comprises at least one metal plate as defined in any one of claims 1 to 6. 8. Célula de combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC) de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a placa metálica tem um revestimento pelo menos em sua superfície em contato com a camada de difusão de gás (GDL).Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) according to claim 7, characterized in that the metal plate has a coating at least on its surface in contact with the gas diffusion layer (GDL). 9. Célula de combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC) de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que o composto de absorção de cátion metálico é preferencialmente o mesmo ionômero que aquele formando a membrana e/ou aquele presente nas camadas catalíticas.Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) according to claim 7 or 8, characterized in that the metal cation absorption compound is preferably the same ionomer as the one forming the membrane and / or the present one. in the catalytic layers. 10. Composição para formação do revestimento da placa metálica conforme definida nas reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que compreende: - enchimentos de material condutor; - polímero destinado a atuar como ligante ou precursores do mesmo; - composto de absorção de cátion metálico; - um solvente.Composition for forming the metal plate coating as defined in claims 1 to 6, characterized in that it comprises: - fillers of conductive material; - polymer intended to act as a binder or precursors thereof; - metal cation absorption compound; - a solvent. 11. Método de preparo da placa metálica conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - deposição da composição conforme definida na reivindicação 10 em uma placa metálica, vantajosamente por espalhamento, pulverização, aplicação com rolos ou por impressão serigráfica; - secagem da placa metálica.Method of preparing the metal plate as defined in any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises the steps of: - depositing the composition as defined in claim 10 on a metal plate, advantageously by spreading, spraying, applying with rolls or by screen printing; - drying of the metal plate. 12. Método de preparo de uma placa metálica de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que, depois de secar, a placa é submetida a tratamento térmico permitindo obter o polímero a partir dos precursores.Method of preparing a metal plate according to claim 11, characterized in that, after drying, the plate is heat treated to obtain the polymer from the precursors.
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