CN100565993C - 在双极板上沉积纳米颗粒涂层以及从该双极板的槽脊上除去纳米颗粒涂层的方法 - Google Patents

Abstract

一种方法，包括将燃料电池双极板浸没在包含纳米颗粒和液相的浴槽中，其中该液相包含纳米颗粒分散剂，其中双极板包括在其中形成有多个槽脊和沟槽的上表面；将燃料电池双极板从浴槽中取出，使得包含纳米颗粒的涂层粘附在燃料电池双极板上；在涂层是湿的且在将涂层干燥固化之前，将包含纳米颗粒的涂层从双极板的槽脊上除去，留下沟槽中包含纳米颗粒的涂层；然后干燥沟槽中的涂层。

Description

在双极板上沉积纳米颗粒涂层以及从该双极板的槽脊上除去纳米颗粒涂层的方法

相关申请的交叉参考

该申请要求2006年2月24日提交的U.S.暂时申请号60/776,363的优先权。

技术领域

本申请涉及一种涂覆燃料电池组件的方法。

背景技术

Angelopoulos等人的US专利号6,025,057公开了一种解决制作电子组件例如印刷电路板问题的办法，其中制作该组件的主要要求是实现适当的Pd/Sn种子层(seed layer)催化剂担载。Pb催化剂不足将导致在铜沉积电路层中产生空隙，产生断路。催化剂太多能够引起粘结失效和横向传导。粘结失效使得非电解电镀溶液在光刻胶下面泄漏并且在导致短路的电路元件之间沉积铜。公开的解决该问题的技术方案包括在有机基板上，例如由玻璃纤维和环氧树脂形成的电路板上沉积有机聚合物电解质。将胶状钯-锡种子层沉积在有机聚合物电解质上部。接着在种子层的上部沉积可光成像的聚合物，然后利用光刻法对该可光成像的聚合物进行构图而没有覆盖种子层部分。使用铜的非电解沉积将铜沉积在种子层中未覆盖部分上。在对于所需种子催化剂涂层适合的pH下将有机聚合物电解质从水溶液中沉积出来。公开的有机聚合物电解质的例子是丙烯酰胺和β-甲基丙烯酰氧基(metacryloxy)乙基三甲基铵甲基硫酸盐的共聚物。上述聚合物电解质包括水解的氨基基团并且在pH低于4的含硫酸的水溶液中被沉积到有机基板上。在另一个公开的实施方案中，聚合物电解质在pH大于10的含氢氧化钠的水溶液中沉积到有机基板上。公开的另一个聚合物电解质是阳离子聚酰胺-胺。采用浓度在0.2到1.2克/升的聚合物电解质将中性水溶液展开。在聚合物电解质上沉积Pd/Sn胶状悬浮液种子层。

1999年12月7日出版的Angelopoulos等人的US专利No.5,997,997公开了一种解决涉及制造电路化结构，例如印刷电路板这一问题的办法，其中传统无电电镀方法经常遭受过度种子沉积。在电路板上存在过量的种子导致泄漏短路、因不平坦的表面而引起种子层上用于将电路板电路化的光刻胶的粘结性差。过量的种子层还能够在接下来的工序中导致不想要的金属镀层。公开的技术方案包括提供工件，该工件包括涂覆有聚合物电介质层的基板。然后将该具有聚合物电介质层的工件在周围环境大气中烘焙。此后，用聚合物表面活性剂处理该工件，该聚合物表面活性剂可以是在聚合物电介质的表面上与弱酸基团键合的氢。公开的聚合物表面活性剂是具有氨基基团的阳离子聚合物电解质，例如聚合丙烯酰胺或阳离子聚酰胺-胺。聚合物表面活性剂的分子量范围在10⁵到10⁷。公开的聚合物电解质可以使用Polytech，Inc的商标为“Polytech”的聚合物电解质。

在不涉及印刷电路板的领域中，燃料电池堆叠体的制造包括制造具有控制水特征的双极板。疏水双极板沟槽中液体膜的毛细驱动不稳定性能够导致液体饱和以及燃料电池性能的损失。在双极板表面上引入亲水官能团的等离子体处理已经显示出了消除液体饱和并且改进燃料电池性能。然而，这种等离子体处理技术费用非常昂贵并且耗时。因此，需要选择可替代的处理方式。在受让人的题目为“具有包含纳米颗粒的涂层的燃料电池组件”的临时美国专利申请号60/707,705中公开了一种处理方式选择，其中公开的实施方案中包括在双极板表面上喷涂疏水纳米颗粒的薄涂层。然而，申请人已经发现在一定条件下很多对耐久性的担忧存在于包括下述方面的过程中：(1)缺乏涂层颜色反射力暗示：由涂层覆盖是不相干的，(2)有机酸和表面活性剂残余物与涂层一起保留，以及(3)涂层的强度是粘接的结果而不是粘接相互反应的结果(即，涂层几乎不或者没有化学键合到基板上)。本发明提供了现有技术的替代办法。

发明内容

本发明的一个实施方案包括一种方法，其包括将燃料电池双极板浸没到包含纳米颗粒和由纳米颗粒分散剂组成的液相浴中，并且其中双极板包括具有形成在其中的多个槽脊和沟槽的上表面，将燃料电池双极板从浴槽中移出，使得在涂层是湿的并且在将涂层干燥并且固化之前包含纳米颗粒的涂层粘附在燃料电池双极板上，将包含纳米颗粒的涂层从双极板的槽脊上除去，将包含纳米颗粒的涂层留在沟槽中并且干燥涂层。

本发明的另一个实施方案将从此后提供的详细描述中变得显而易见。应当理解详细描述和具体实施例在表示本发明代表性实施方案的时候，目的仅是说明并且不是要限制本发明的范围。

附图说明

从下面的详细描述和附图中将更加全面地理解本发明，其中：

图1是说明根据本发明一个实施方案的方法的工艺流程图。

图2是说明根据本发明另一个实施方案的另一种方法的工艺流程图。

图3说明根据本发明一个实施方案的具有第一层聚电解质聚合物和其上的第二涂层材料的燃料组件。

图4说明根据本发明另一个实施方案的具有第一层聚电解质聚合物和其上的第二涂层材料的燃料组件。

图5说明根据本发明一个实施方案的方法。

图6说明根据本发明另一个实施方案的方法。

图7说明根据本发明另一个实施方案的方法。

图8说明根据本发明另一个实施方案的方法。

图9说明根据本发明一个实施方案的产品。

图10说明根据本发明一个实施方案的方法。

具体实施方式

下述实施方案的描述本质上仅仅是示例性的并且不是要限制本发明、其应用或用途。

本发明的一个实施方案包括一种方法，其包括将包含聚电解质聚合物的水溶液涂覆到燃料电池组件上。聚电解质聚合物可以包括阳离子官能团和/或阴离子官能团。合适的阳离子聚电解质聚合物的例子包括但不局限于下述：丙烯酰胺和季氨盐的共聚物；聚酰胺-胺、聚丙烯胺氢氧化物、基于环氧基的偶氮聚合物以及基于丙烯酸的偶氮聚合物。合适的燃料电池组件的例子包括但不局限于双极板、扩散介质以及膜电极组件。第二涂层材料可以被涂覆到粘附到燃料电池组件上的聚电解质聚合物上。作为例子，第二涂层可以包括但不局限于亲水或疏水材料。在一个实施方案中，第二涂层材料可以包括纳米颗粒。在受让人的美国专利申请序号为60/707,705的题目为“具有包含纳米颗粒的涂层的燃料电池组件”中公开了合适的第二涂层材料，在此结合其公开的内容作为参考。在本发明的一个实施方案中，第二涂层材料包括带有负电荷基团的亲水材料，其中该带有负电荷的基团能够与燃料电池组件上涂覆的阳离子聚合物(聚电解质)形成强离子键。

图1是说明根据本发明一个实施方案的方法的工艺流程图。在该实施方案中，该方法的第一步100包括将聚电解质聚合物水溶液涂覆到燃料池组件，例如双极板上。该方法的第二步102包括通过例如在去离子水中清洗燃料电池组件，将任何未粘附的聚电解质聚合物从燃料电池组件上除去。该方法的第三步104包括将第二涂层材料涂覆到粘附在燃料电池组件上的聚电解质聚合物上。第二涂层材料可以是，例如包含纳米颗粒的材料。

该方法的第四步106包括通过例如在去离子水中清洗燃料电池板，将任何未粘附到聚电解质聚合物上的第二涂层材料上除去。可以将步骤1到4(100-106)重复几次以构建多层聚电解质聚合物和粘附在其上的第二涂层材料。

在本发明的一个实施方案中，燃料电池组件为双极板，其包括由在双极板上表面中形成的多个槽脊和沟槽限定的气体流场。本发明的第五步107包括在涂层仍然是湿的而没有干燥固化的时候将涂层材料从双极板的槽脊上除去。涂层留在双极板的沟槽中。本发明的一个实施方案包括发现在包含纳米颗粒的涂层仍然是湿的时候，即使在聚电解质涂层已经涂覆到双极板上以增强纳米颗粒涂层在板上的粘附时，仍能够容易地从双极板上除去。

图2是说明根据本发明另一个实施方案的方法的工艺流程图。该方法的第一步108包括将双极板浸没到预处理溶液中，例如在65℃下浸没三分钟，将油脂和/或杂质从燃料电池双极板上除去。预处理溶液的一个实施方案包括K2-级(FDA微电子级)脱脂剂。该方法的第二步110包括在第一去离子水浴中清洗该双极板，例如在57℃下清洗一分钟。该方法的第三步112包括在第二去离子水浴中清洗该双极板，例如在57℃下清洗一分钟，从而完成清洁冲洗。该方法的第四步114包括将该双极板浸没在包含第一聚电解质聚合物的第一水溶液中，例如大约两分钟。在本发明的一个实施方案中，第一聚电解质聚合物为阳离子聚丙烯酰胺，例如由CYTEC得到的Superfloc C-442或C-446。阳离子聚丙烯酰胺聚合物的另一个例子是由Polytech，Inc得到的Polytech 7M。该方法的第五步116包括在第三去离子水浴中清洗该双极板，例如在57℃下清洗一分钟以除去任何未粘附的第一聚电解质聚合物。该方法的第六步118包括在第四去离子水浴中清洗该双极板，例如在57℃下清洗一分钟，从而完成清洁冲洗。该方法的第七步120包括将该双极板浸没到包含第二涂层材料的第二水溶液中，例如在57℃下浸没三分钟。第二涂层材料可以包括亲水纳米颗粒，例如由Nano-X得到的X-Tec 4014或3408。该方法的第八步122包括在第五去离子水浴中清洗该双极板，例如在57℃下清洗一分钟以除去任何未粘附到第一聚电解质聚合物上的第二涂层材料。该方法的第九步124包括在第六去离子水浴中清洗该双极板，例如在57℃下清洗一分钟，从而完成清洁冲洗。该方法的第十步126包括重复步骤4到9(114-124)总计三次循环，构建多层聚电解质聚合物和其上的第二涂层材料。该方法的第十一步127包括在涂层仍然是湿的并且没有被干燥且固化的时候，从双极板的槽脊上除去涂层材料。涂层留在双极板的沟槽中。此后，该方法的第十二步骤128包括例如通过将双极板在干燥台上放置10-15分钟使双极板干燥。

受让人的美国专利申请序号为60/707705中公开了包括纳米颗粒的第二涂层材料的合适例子，以下对这种第二涂层材料的例子进行描述。本发明的一个实施方案包括具有基板的燃料电池组件，例如但不局限于其上具有聚电解质聚合物的双极板以及在聚电解质聚合物上包含纳米颗粒的第二涂层材料。纳米颗粒的尺寸范围可以在大约2到大约100纳米；优选在大约2到大约20纳米；并且最优选在大约2到大约5纳米。纳米颗粒可以包括无机和/或有机材料。第二涂层材料可以包括包含羟基、卤素、羰基、酮和/或醛官能团的化合物。第二涂层材料可以使燃料电池组件，例如双极板成为亲水性的。

本发明的一个实施方案包括其上具有聚电解质聚合物和包括在聚电解质聚合物上具有亲水侧链的纳米颗粒的持久亲水涂层的燃料电池组件。

在本发明的一个实施方案中，包含纳米颗粒的持久亲水涂层包含10到90重量％的无机结构、5到70重量％的亲水侧链的和0到50重量％的具有官能团的有机侧链。在本发明的一个实施方案中，亲水侧链是氨基、磺酸根、硫酸根、亚硫酸根、磺酰胺、亚砜、羧酸根、多元醇、聚醚、磷酸根或膦酸基团。

在本发明的一个实施方案中，第二涂层材料可以包括有机侧链，并且其中有机侧链的官能团为环氧基、丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、缩水甘油氧基、烯丙基、乙烯基、羧基、巯基、羟基、酰胺或氨基、异氰基、含羟基的或硅醇基团。在本发明的一个实施方案中涂层的pH为3到10。

本发明的另一个实施方案包括在燃料电池组件上的聚电解质聚合物上沉积包含纳米颗粒和载体的浆料状溶液，然后把载体驱逐出去。载体可以包括水、酒精和/或其他合适的溶剂。在一个实施方案中，浆料包括4-5重量％的纳米颗粒，其余部分为载体。在一个实施方案中，载体可以在大约80℃到大约180℃的温度下被驱逐出去。固化周期范围可以在从80℃下的10分钟到180℃下的10秒钟的范围内。

合适的浆料材料可以从Nano-X Gmbh以商标名HP 3408和HP 4014得到。浆料材料可以提供能够在燃料电池运行条件下保存多于2500小时的持久亲水涂层。持久涂层可以在金属例如铝和高级别的不锈钢、聚合基板和导电复合基板例如双极板上形成。

美国专利申请号2004/0237833，在此结合其公开内容作为参考，描述了制作在本发明中有用的浆料的多种方法，以下对其进行重复。

实施例1。将221.29g(1mol)3-氨基丙基三乙氧基硅烷添加到444.57g磺基琥珀酸中，同时搅拌并加热到120℃，在硅油浴中保持5小时。在反应混合物冷却之后，将20g粘性流体和80g(0.38mol)四乙氧基硅烷混合，然后吸收在100g乙醇中。然后将该溶液与13.68g(0.76mol)0.1N的HCl溶液混合，在40℃下在水浴中回火过夜。这得到了大约2nm具有反应性端基的亲水纳米颗粒。用1/3的水和2/3的N-甲基吡咯烷酮(NMP)的混合物将得到的溶液稀释到固体物质含量为5％，然后通过喷涂涂覆到玻璃基板上，湿膜厚度为10到20μm。接着，将该基板在循环空气干燥箱内在150℃下压实3小时。

实施例2。将221.29g(1mol)3-氨基丙基三乙氧基硅烷添加到444.57g磺基琥珀酸中，同时搅拌。然后将该溶液在硅油浴中加热到150℃。在1小时反应时间之后，332.93g Levasil 300/30％型碱稳定化的硅胶水溶液(pH＝10)添加到该反应溶液中，同时搅拌。在反应12个小时之后，用水将该混合物稀释到固体物质含量为5％。这得到了大约15nm具有反应性端基的亲水纳米颗粒。通过淹没将该体系涂覆到等离子体活化的聚碳酸酯片材上，接着在循环空气干燥箱内在130℃下压实5小时。

实施例3。将123.68g(0.5mol)3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷添加到600g(1mol)聚乙二醇600中，然后在硅油浴中加热到130℃，在添加0.12g二丁基二月桂酸锡(相对于3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷为0.1wt％)之后，将25g(0.12mol)四乙氧基硅烷和33.4g(0.12mol)3-缩水甘油氧基(glycidyloxy)丙基四乙氧基硅烷添加到50g得到的溶液中(溶液A)，同时搅拌。在添加15.12g(0.84mol)0.1NHCl溶液之后，将混合物进行水解并且在室温下冷凝24小时。这得到了大约5nm具有反应性端基的亲水纳米颗粒。

实施例4。将12.5g(0.05mol)3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、12.5g的20％CeO₂水溶液(来自Aldrich)和50g乙醇添加到50g示例性实施方案3中描述的溶液A中，同时搅拌以使混合物均匀，进行亲水化48小时。在添加0.375g来自Ciba Spezialitaten Chemie(相对于3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为3wt％)的Ingacure 184之后，通过喷涂将混合物涂覆到烧过的聚碳酸酯片材上，湿膜厚度至多为30μm，首先在循环空气干燥箱内在130℃下热干燥10分钟。随后用辐射输出为1-2J/cm²的Hg发射器进行光化学干燥。

本发明的范围不局限于上述描述的第二涂层材料及其制造方法，而是还包括其他第二涂层材料，包括在燃料电池组件上的聚电解质聚合物上形成的纳米颗粒。下面对第二涂层材料及其制造方法的其他实施方案进行描述。

合适的纳米颗粒例如，但是不局限于SiO₂、其他金属氧化物例如HfO₂、ZrO₂、Al₂O₃、SnO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、MoO₂、IrO₂、RuO₂、亚稳的氮氧化物、非化学计量的金属氧化物、氮氧化物及其包括碳链或包括碳的衍生物以及它们的混合物。

在一个实施方案中，第二涂层材料是亲水的并且包括至少一个Si-O基团、至少一个极性基团和至少一个包含饱和或不饱和碳链的基团。在本发明的一个实施方案中，极性基团可以包括羟基、卤素、羰基、酮或醛官能团。在本发明的一个实施方案中，碳链可以是饱和的或者不饱和的并且可以具有1到4个碳原子。第二涂层材料可以具有添加元素或化合物，包括例如Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、稀土金属及其合金、聚合物碳或石墨以改善导电性。

在本发明的一个实施方案中，第二涂层材料包括Si-O基团和Si-R基团，其中R包括饱和或不饱和碳链，并且其中Si-R基团对Si-O基团的摩尔比范围为1/8到1/2，优选在1/4到1/2。在本发明的另一个实施方案中，第二涂层材料还包括羟基基团以改善涂层的亲水性。

本发明的另一个实施方案包括燃料电池组件，其具有其上具有聚电解质聚合物和位于聚电解质聚合物上面的第二涂层材料的组件，并且其中涂层源自硅氧烷。该硅氧烷可以是直链的、支链的或者环状的。在一个实施方案中，该硅氧烷具有通式R₂SiO并且其中R为烷基。

在本发明的另一个实施方案中，第二涂层材料来自具有下述通式的材料：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆每个可以是H、O、Cl或具有1-4个碳原子的饱和或不饱和碳链，并且其中R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆可以相同或者不同。

在本发明的另一个实施方案中，第二涂层材料源自具有下述通式的材料：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆每个可以是H、O、Cl或具有1-4个碳原子的饱和或不饱和碳链，并且其中R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆可以相同或者不同，并且R₁、R₂、R₃、R₄、R_5或R₆中至少一个为具有至少一个碳原子的碳链。

本发明的另一个实施方案包括燃料电池组件，其具有其上具有聚电解质聚合物和位于聚电解质聚合物上面的第二涂层材料的组件，并且其中第二涂层材料包括尺寸范围为1到100纳米，优选为1-50纳米，最优选为1-10纳米的纳米颗粒，并且其中纳米颗粒包括包含硅、饱和或不饱和碳链以及极性基团的化合物。在一个实施方案中，第二涂层可以具有80-100nm的平均厚度。

如图3中所示，燃料电池组件可以是包括相对薄的基板12的双极板，其中该基板12被压制成界定出由多个槽脊16和沟槽14(气体流过其中)界定的气体流场。包含聚电解质聚合物的水溶液可以沉积在双极板的上表面18上，使得至少部分聚电解质聚合物粘附在基板12上形成第一层20。可以在压制基板12之前或者之后，将包含聚电解质聚合物的水溶液沉积在双极板的上表面18上。此后，包含第二涂层材料的水溶液可以被涂覆到聚电解质组合物的第一层20上，并且使其干燥，在聚电解质组合物的第一层20上形成第二涂层材料22。基板12可以是金属例如不锈钢。

现在参考图4，本发明的另一个实施方案包括包含基板12的燃料电池双极板10，其中该基板12被机械加工成界定出由多个槽脊16和沟槽14(气体流过其中)界定的气体流场。包含聚电解质聚合物的水溶液可以被沉积在双极板的上表面18上，使得至少部分聚电解质聚合物粘附在基板12上形成第一层20。此后，可以将包含第二涂层材料的水溶液涂覆到聚电解质聚合物的第一层20上，然后可以干燥从而在聚电解质聚合物的第一层20上形成第二涂层材料22。基板12可以是金属例如不锈钢。

现在参考图5，在本发明的一个实施方案中，基板12可以涂覆有聚电解质聚合物的第一层20，并且掩膜材料24可以被有选择地沉积在第一层20上。此后，可以将第二涂层材料22沉积在第一层20和掩膜材料24上。如图6中所示，可以将掩膜材料24和直接覆盖在掩膜材料24上的第二涂层材料除去而在第一层20上有选择地留下部分第二涂层材料22。基板12可以被压制成使得第二涂层材料位于气体流场的沟槽14内。包含聚电解质聚合物的水溶液和包含第二涂层材料的水溶液均可以通过浸蘸、喷涂、辊压、刷抹等涂覆或沉积在基板12上。

现在参考图7，在另一个实施方案中，掩膜材料24可以被有选择地沉积在基板12的上表面18上。聚电解质聚合物的第一层20可以被形成在掩膜材料24和基板12的上表面中未掩盖的部分上。然后第二涂层材料22可以被形成在第一层20上。此后，可以将掩膜材料24和直接覆盖在掩膜材料24上的部分第一层20和第二涂层材料22除去而留下基板12上表面的暴露部分18′，如图8中所示。可以使用类似的掩膜技术来机械加工基板。

在本发明的另一个实施方案中，涂覆工艺可以利用或者不利用上述使用包含聚电解质的水溶液的涂覆工艺。在本发明的这个实施方案中，将燃料组件浸没在包含上述纳米颗粒和液相的浴槽中，其中液相包括占液相体积至少30％的纳米颗粒分散剂。液相可以包括30-100体积％或者介于其中的任何体积％的纳米颗粒分散剂。液相也可以包括占液相0.1-7.0体积％或者介于其中的任何体积％的水。合适的纳米颗粒分散剂包括但不局限于醇类，包括甲醇、乙醇或丙醇中的至少一种。与水形成溶液并且提供分散性质的任何有机溶剂都可以被认为是合适的分散剂。当使用X-Tec 3408或4014时，纳米颗粒构成X-Tec材料的4-5重量％。在本发明的一个实施方案中，纳米颗粒的含量可以为浴液的0.2-5重量％。

在将燃料电池组件浸没到上述浴槽中并且从其中移出后，任选地将燃料电池组件在水(例如DI水)中清洗以除去任何没有粘附在燃料电池组件上的涂料，然后将燃料电池组件暴露在环境空气、对流烘箱、红外线或者微波能量中的至少一种干燥。浸没、清洗和干燥产生了至少25nm厚的纳米颗粒涂层。在本发明的一个实施方案中，浸没、清洗和干燥在燃料电池组件上产生了纳米涂层，在该纳米涂层中具有0.4原子重量％的硅。

此后，可以反复几次浸没、清洗和干燥以在燃料电池组件上构建多层纳米颗粒涂层。例如，至少可以对同一个燃料电池组件进行浸没、清洗和干燥以产生至少100nm厚的纳米颗粒涂层。在本发明的一个实施方案中，反复进行浸没、清洗和干燥，从而在燃料电池组件上产生纳米颗粒涂层，其中该涂层中具有1.5原子重量％的硅。对于纳米颗粒来说合适的材料在上面已经描述过了，特别是从Nano-X得到的X-Tec3408和/或4014、或者从Sigma-Aldrich得到的二氧化硅纳米粉末。本发明的一个实施方案包括至少1体积份的X-Tec 3408和/或4014对19体积份的溶剂，其中该溶剂为包含至少30体积％的醇的水。

现在参考图9，本发明的一个实施方案包括燃料电池组件10，例如双极板，包括具有由多个槽脊16和沟槽14界定的气体流场的基板12。第一层20聚电解质聚合物位于基板的上表面18上。第一层20包括多个层19、21，每层都包括根据上述水溶液涂覆工艺形成的聚电解质聚合物。第二层22纳米颗粒被设置在聚电解质聚合物的第一层20上面。第二层22纳米颗粒可以由多层200、202、204、206形成，每一层都包括由上述用于沉积纳米颗粒连续层的浸蘸工艺形成的纳米颗粒。在本发明的一个实施方案中，层200、202、204、206总计至少为100nm厚且总计具有至少1.5原子重量％的硅。

现在参考图10，在本发明的一个实施方案中，燃料电池组件为双极板12，该双极板12具有在上表面中形成的、由多个槽脊16和沟槽14界定的气体流场的基板12。如上所示，聚电解质涂层20和纳米颗粒涂层22均沉积在槽脊16和凹槽14上。在将涂层20、22从清洗浴中取出来仍然是湿的且没有干燥固化的时候，除去位于槽脊16上面的涂层20、22而留下沟槽14中的涂层22、22。可以通过对涂层20、22进行擦除、刮去、摩擦或轻微的机械磨蚀来除去槽脊16上面的涂层。在本发明的一个实施方案中，刮刀300横过槽脊16移动以擦除槽脊16的涂层20、22。刮刀300可以由金属、聚合物(例如塑料)、弹性材料(例如橡胶)或复合物制成。在本发明的一个实施方案中，刮刀300为橡皮刮刀。在本发明的一个实施方案中，可以通过除去槽脊16上方的织物或弹性材料来从槽脊16中除去涂层20、22。

本发明的描述本质上仅仅是示例性的，因此可以在不脱离本发明要点的变动是要落在本发明的范围之内的。这种变动不认为是偏离本发明的精神和范围。

Claims (31)

1.一种方法，包括：

将燃料电池双极板浸没在包含纳米颗粒和液相的浴槽中，其中该液相包含纳米颗粒分散剂，其中双极板包括在其中形成有多个槽脊和沟槽的上表面；

将燃料电池双极板从浴槽中取出，使得包含纳米颗粒的涂层粘附在燃料电池双极板上；

在涂层是湿的且在将涂层干燥固化之前，将包含纳米颗粒的涂层从双极板的槽脊上除去，将包含纳米颗粒的涂层留在沟槽中；

以及干燥沟槽中的涂层。

2.根据权利要求1的方法，其中从槽脊上除去涂层包括擦拭掉槽脊上的涂层。

3.根据权利要求2的方法，其中所述的擦拭包括横过槽脊移动刮刀。

4.根据权利要求3的方法，其中所述的刮刀包括金属。

5.根据权利要求3的方法，其中所述的刮刀包括弹性材料。

6.根据权利要求3的方法，其中所述的刮刀包括橡胶。

7.根据权利要求3的方法，其中所述的刮刀包括复合物。

8.根据权利要求2的方法，其中所述的擦拭包括横过槽脊移动橡皮刮刀。

9.根据权利要求2的方法，其中所述的擦拭包括横过槽脊移动织物。

10.根据权利要求2的方法，其中所述的擦拭包括横过槽脊移动弹性材料。

11.根据权利要求1的方法，还包括在对沟槽中涂层进行干燥之前，清洗燃料电池双极板以将任何没有充分粘附到燃料电池双极板上的纳米颗粒除去。

12.根据权利要求1的方法，其中所述的分散剂包括醇。

13.根据权利要求12的方法，其中所述的醇的含量为占液相体积的至少30％。

14.根据权利要求4的方法，其中液相还包括占液相体积的0.1-70％的水。

15.根据权利要求12的方法，其中所述的醇包括甲醇、乙醇或丙醇中的至少一种。

16.根据权利要求1的方法，其中所述的纳米颗粒分散剂包括能够与水形成溶液的有机溶剂。

17.根据权利要求7的方法，其中所述的液相还包括水。

18.根据权利要求1的方法，还包括：

在浸没之前，将包含聚电解质聚合物的水溶液涂覆到双极板上，使得聚电解质聚合物粘附在双极板上。

19.根据权利要求18的方法，其中聚电解质聚合物包括阳离子官能团。

20.根据权利要求18的方法，其中聚电解质聚合物包括阴离子官能团。

21.根据权利要求18的方法，还包括将第二涂层材料涂覆到粘附在该双极板上的聚电解质聚合物上。

22.根据权利要求19的方法，还包括将包含带有负电荷的官能团的第二涂层材料涂覆到粘附在该双极板上的聚电解质聚合物上，使得该带有负电荷的官能团和带有正电荷的官能团形成离子键。

23.根据权利要求18的方法，其中纳米颗粒包括带有负电荷的官能团。

24.根据权利要求18的方法，其中纳米颗粒包括硅氧烷。

25.根据权利要求18的方法，其中纳米颗粒包括二氧化硅。

26.一种方法，包括：

(a)将聚电解质聚合物水溶液涂覆到具有上表面的燃料电池双极板上，使得该聚电解质聚合物粘附在双极板上，其中双极板的上表面包括多个槽脊和沟槽；

(b)除去任何没有粘附到双极板上的聚电解质聚合物；

(c)将第二涂层材料涂覆到粘附在双极板上的聚电解质聚合物上；

(d)除去任何没有粘附到粘附在双极板上的聚电解质聚合物上的第二涂层材料；

(e)将燃料电池双极板浸没在包含纳米颗粒和液相的浴槽中，其中该液相包含纳米颗粒分散剂；

(f)将燃料电池双极板从浴槽中取出，使得纳米颗粒涂层粘附在该燃料电池双极板上并且干燥涂层；

(g)清洗燃料电池双极板以除去任何没有充分粘附到该燃料电池双极板上的纳米颗粒；

(h)在涂层是湿的且在将涂层干燥固化之前，将包含纳米颗粒的涂层从双极板的槽脊上除去，将包含纳米颗粒的涂层留在沟槽中；以及

(i)干燥沟槽中的所述包含纳米颗粒的涂层。

27.根据权利要求26的方法，其中从槽脊上除去涂层包括擦拭掉槽脊上的涂层。

28.根据权利要求27的方法，其中所述的擦拭包括横过槽脊移动刮刀。

29.根据权利要求26的方法，还包括重复(a-d)数次。

30.根据权利要求26的方法，还包括重复(f-g)数次。

31.一种方法，包括：

(a)通过将双极板浸没到预定溶液中来从燃料电池双极板上除去油脂和杂质；

(b)在第一去离子水浴中清洗该双极板；

(c)在第二去离子水浴中清洗该双极板；

(d)将该双极板浸没到第一聚电解质聚合物的第一水溶液中；

(e)在第三去离子水浴中清洗该双极板以除去任何没有粘附到该双极板上的第一聚电解质聚合物；

(f)在第四去离子水浴中清洗该双极板；

(g)将该双极板浸没到包含第二涂层材料的第二分散液中，其中第二分散液包括纳米颗粒和醇；

(h)在第四去离子水浴中清洗该双极板以除去任何没有粘附到粘附在该双极板上的第一聚电解质聚合物上的第二涂层材料；

(i)在第五去离子水浴中清洗该双极板；

(j)重复(d-i)三次；

(k)从清洗开始在任何涂层仍然是湿的时候从槽脊上除去任何涂层；

(l)干燥双极板。

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