CN101030643B - 燃料电池元件的涂敷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池元件的涂敷方法，包括采用水溶液涂敷燃料电池元件，该水溶液包括聚电解质聚合物。

Description

燃料电池元件的涂敷方法
相关申请的交叉参考
该申请要求在2005年10月17日提交的美国临时申请60/727,316的权益。
技术领域
本发明涉及一种涂敷燃料电池元件的方法。
背景技术
Angelopoulos等人的美国专利6,025,057公开了一种解决制造电子包(package)，例如印刷电路板的问题的方法，其中制造电子包的关键要求是要实现恰当的Pd/Sn种子层催化负载量。Pd催化剂不足将在铜沉积电路层中产生空隙而产生开放电路。太多的催化剂会导致粘合失败和横向导通。粘合失败允许化学镀溶液泄漏到电路元件之间的光致抗蚀剂和沉积铜的下面而引起短路。所公开的对该问题的解决方案包括在有机衬底，诸如由玻璃纤维和环氧树脂形成的电路板上沉积有机聚电解质。胶态钯锡种子层沉积在有机聚电解质的上面。接着将光致成像聚合物沉积在种子层顶上，以及用照相平版印刷法形成光致成像聚合物的图案，以暴露种子层的部分。采用铜的化学镀沉积在种子层的暴露部分上沉积铜。在期望的种子催化剂涂层的合适的pH值从水溶液中沉积有机聚电解质。有机聚电解质的公开例子是丙烯酰胺和β-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵甲基硫酸盐(beta-metacryloxy ethyl trimethyl ammonium methylsulfate)的共聚物。上述聚电解质包括水解酰胺基，且该聚电解质沉积在水溶液中的有机衬底上，其中该水溶液包含pH低于4的硫酸。在另一实施方案中，该聚电解质沉积在水溶液中的有机衬底上，其中该水溶液包含pH大于10的氢氧化钠。公开的另一种聚电解质是阳离子聚酰胺-胺。配置中性水溶液使聚电解质的浓度在0.2至1.2克/公升的范围内。Pd/Sn胶态悬浮物的种子层沉积在聚电解质上。
Angelopoulos等人在1997年12月7日授权的美国专利5,997,997公开了一种与制作电路结构，诸如印刷电路板有关的问题的解决方案，其中传统的化学电镀方法经常忍受过量种子沉积的困扰。电路板上存在过量的种子导致泄漏短路，由于不平整表面导致用于在种子层上形成电路板回路的光致抗蚀剂的粘附力差。过量的种子层也会在随后的加工步骤中导致不希望的金属镀层。该公开的解决方案包括提供加工件，该加工件包括涂敷有聚合介电层的衬底。然后将具有聚合介电层的加工件在周围环境气氛下烘烤。其后，用聚合表面活性剂处理加工件，该聚合表面活性剂能够以氢键结合聚合介电表面上的弱酸基。公开的聚合表面活性剂是具有酰胺基的阳离子聚电解质，诸如阳离子聚丙烯酰胺或阳离子聚酰胺-胺。聚合表面活性剂的分子量在105至107的范围内。公开的聚电解质可以选用Polytech公司的商标为“Polytech”的产品。
在与印刷电路板无关的领域中，制造燃料电池堆包括制造具有水管理特性的双极板。疏水双极板通道中液态膜的毛细管(capillary)驱动的不稳定性会导致液体饱和以及燃料电池性能的损失。已经显示在双极板的表面上引入亲水官能团的等离子处理可以消除液体饱和并提高燃料电池的性能。但是，这样的等离子处理技术非常昂贵且费时。因此，需要选择其他的处理方法。一种这样的选择公开在受让人的临时美国专利申请60/707,705，名为“带有包括纳米粒子涂层的燃料电池(Fuel Cell Component With Coating Including Nanoparticles)”中。该方法包括将薄的亲水纳米粒子的涂层喷涂在双极板表面上。但是，申请人已经发现，在该方法中存在多个耐久性的相关问题，包括：(1)涂层缺少颜色反射性表示涂层的覆盖不连续，(2)有机酸和表面活性剂残留在涂层上，以及(3)涂层的强度是粘着(cohesive)作用而不是粘合(adhesive)作用的结果(即涂层与衬底很少或没有化学键合)。本发明提供现有技术的替代物。
发明内容
本发明的一个实施方案可以包括用于燃料电池元件的涂敷方法，其包括在燃料电池的元件上施涂包括聚电解质聚合物的水溶液。
本发明的其他实施方案将通过下文的详细描述变得显而易见。应当理解，详细的说明书和具体实施例虽然表示本发明的优选实施方案，但其目的仅在于举例说明，而不拟限定本发明的范围。
附图说明
本发明将从详细的说明书和附图中变得更全面地被理解。
图1是根据本发明一个实施方案的方法的方法流程图。
图2是根据本发明另一个实施方案的另一方法的方法流程图。
图3示出了根据本发明一个实施方案的燃料元件，该元件具有聚电解质聚合物的第一层和在其上的第二涂层材料。
图4示出了根据本发明另一实施方案的燃料元件，该元件具有聚电解质聚合物的第一层和在其上的第二涂层材料。
图5示出了根据本发明一个实施方案的方法。
图6示出了根据本发明另一个实施方案的方法。
图7示出了根据本发明另一个实施方案的方法。
图8示出了根据本发明另一个实施方案的方法。
具体实施方式
下面描述的优选实施方案实质上仅仅是示例性的，并不拟限制本发明及其应用或用途。
本发明的一个实施方案包括一种方法，该方法包括将包括聚电解质聚合物的水溶液施涂于燃料电池元件。该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。适合的阳离子聚电解质聚合物的例子包括但不局限于下列聚合物：丙烯酰胺和季铵盐的共聚物；聚酰胺-胺；聚烯丙基胺氢氯化物；环氧基偶氮聚合物；以及丙烯酸基偶氮聚合物。燃料电池元件适合的例子包括但不局限于：双极板、扩散介质和薄膜电极组件。第二涂层材料可以施涂于附着到燃料电池元件上的聚电解质聚合物上。第二涂层材料可以包括负官能团或正官能团，它们从聚电解质聚合物的官能团中充有相反电荷，以便在聚电解质的官能团和第二涂层材料的官能团之间形成离子键。例如，聚电解质聚合物可以包括阳离子官能团，而第二涂层材料可以包括阴离子官能团，以便正官能团和负官能团形成离子键，从而提高第二涂层材料对双极板的附着力。例如，第二涂层材料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粒子。适当的第二涂层材料公开在受让人的名为“带有包括纳米粒子涂层的燃料电池”的美国专利申请60/707,705中，这里该公开文本作为参考。在本发明的一个实施方案中，第二涂层材料包括亲水材料，该亲水材料包括带负电荷的基团，其可以与涂敷在燃料电池元件上的阳离子聚合物(聚电解质)形成强离子键。
图1是显示根据本发明一个实施方案的方法的方法流程图。在该实施方案中，该方法的第一步骤100包括将聚电解质聚合物的水溶液施涂于燃料电池元件，诸如双极板上，以便至少一部分聚电解质聚合物附着到该元件上。该方法的第二步骤102包括通过例如在去离子水中冲洗燃料电池元件将任何未附着的聚电解质聚合物从燃料电池元件移除。该方法的第三步骤104包括将第二涂层材料施涂于附着到燃料电池元件上的聚电解质聚合物上。该第二涂层材料例如可以是包括纳米粒子的材料。
该方法的第四步骤106包括通过例如在去离子水中冲洗燃料电池板移除任何未附着到聚电解质聚合物上的第二涂层材料。可以重复步骤1至4(100-106)几次，以建立聚电解质聚合物和附着于其上的第二涂层材料的多个层。
图2是显示根据本发明另一实施方案的方法的方法流程图。该方法的第一步骤108包括通过将燃料电池双极板浸入预处理的例如65℃的溶液中三分钟，以将油脂和/或污物从该板移除。在一个实施方案中，预处理溶液包括K2-级(FDA微电子级)脱脂剂。该方法的第二步骤110包括将该板在例如57℃的去离子水的第一浴槽中冲洗一分钟。该方法的第三步骤112包括将该板在例如57℃的去离子水的第二浴槽中冲洗一分钟，以进行清洁冲洗。该方法的第四步骤114包括将该板浸入包括第一聚电解质聚合物的第一水溶液中例如大约两分钟，使得至少一部分聚电解质附着到该板上。在本发明的一个实施方案中，第一聚电解质聚合物是阳离子聚丙烯酰胺，例如可选用CYTEC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来自Polytech Inc.的Polytech7M。该方法的第五步骤116包括将该板在例如57℃的去离子水的第三浴槽中冲洗一分钟，以去除任何未附着的第一聚电解质聚合物。该方法的第六步骤118包括将该板在例如57℃的去离子水的第四浴槽中冲洗一分钟，以进行清洁冲洗。该方法的第七步骤120包括将该板浸入例如57℃的包括第二涂层材料的第二水溶液中三分钟。第二涂层材料可以包括亲水的纳米粒子，诸如可选用Nano-X的X-Tec 4014或3408。该方法的第八步骤122包括将该板在例如57℃的去离子水的第五浴槽中冲洗一分钟，以去除任何未附着到第一聚电解质聚合物上的未附着的第二涂层材料。该方法的第九步骤124包括将该板在例如57℃的去离子水的第六浴槽中冲洗一分钟，以进行清洁冲洗。该方法的第十步骤126包括重复步骤4至9(114-124)总共三个循环，以建立聚电解质聚合物和其上的第二涂层材料的多个层。之后，该方法的第十一步骤128包括例如通过将该板放置到干燥架上10-15分钟来干燥该板。
包括纳米粒子的适当的第二涂层材料的例子公开在受让人共同未决的美国专利申请60/707,705中，下文中将描述这样的第二涂层材料的例子。本发明的一个实施方案包括燃料电池元件，该元件具有衬底，诸如双极板，但并不限于此，其中该双极板上具有聚电解质聚合物以及在聚电解质聚合物上的包括纳米粒子的第二涂层材料。该纳米粒子可以具有从大约2纳米至大约100纳米的尺寸范围；优选大约2纳米至大约20纳米；最优选的是大约2纳米至大约5纳米。该纳米粒子可以包括无机和/或有机材料。该第二涂层材料可以包括这样的化合物，该化合物包括羟基、卤化物、羧基、酮和/或醛的官能团。该第二涂层材料可以制造燃料电池元件，诸如双极板、亲水性物质。
本发明的一个实施方案包括其上具有聚电解质聚合物的燃料电池元件和包括在聚电解质聚合物上具有亲水侧链的纳米粒子的永久亲水涂层。
本发明的一个实施方案中，永久亲水涂层包括纳米粒子，该纳米粒子包括10至90wt％的无机结构，5至70wt％的亲水性物质，以及0至50wt％的有机侧链，该有机侧链具有至少一个官能团。在本发明的一个实施方案中，亲水侧链是氨基、磺酸酯、硫酸酯、亚硫酸酯、磺酰胺、亚砜、羧酸酯、多元醇、聚醚、磷酸酯或膦酸酯基。
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可以包括环氧基、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(hydroxyl)、氨基化合物或氨基、异氰基、羟基(hydroxy)或硅烷醇基。在本发明的一个实施方案中，涂层的pH值范围是3至10。
本发明的另一实施方案包括将浆料溶液沉积在燃料电池元件上的聚电解质聚合物上。该浆料溶液包括纳米粒子和媒介物，之后去除媒介物。该媒介物可以包括水、醇和/或其他恰当的溶剂。在一个实施方案中，浆料包括4-5wt％的纳米粒子，其余部分为媒介物。在一个实施方案中，媒介物可以在大约80至180℃的温度范围内被去除。固化周期的范围从80℃时的10分钟至180℃时的10秒钟。
恰当的浆料材料可选用Nano-X GmbH的商标HP 3408和HP 4014。浆料材料可以提供永久亲水涂层，该涂层能够在燃料电池工作条件下存在超过2500小时。永久涂层可以在金属，诸如铝和高等级不锈钢，聚合衬底和诸如双极板的导电复合衬底上形成。
美国专利申请2004/0237833描述的制造本发明中使用的浆料的多种方式将在下文中再次说明，在此引入该申请的公开内容作为参考。
实施例1.将221.29克(1摩尔)3-氨基丙基三乙氧基硅烷添加至444.57克磺基丁二酸中，同时进行搅拌，并在硅氧烷浴中加热至120℃并持续五小时。反应混合物冷却后，将20克的粘性流体与80克(0.38摩尔)四乙氧基硅烷混合，并在100克乙醇中被吸收。然后该溶液与13.68克(0.76摩尔)的0.1N HCI溶液混合，并在40℃的浴槽中回火一整夜。这样得到亲水性纳米粒子，该粒子具有大约2nm的反应性端基。所得溶液用1/3的水和2/3的N-甲基吡咯烷酮(NMP)的混合物稀释至固态物的含量为5％，并在厚度为10至20μm的湿膜中，通过喷涂将其施涂于玻璃板上。随后，在150℃下，该衬底在循环气体干燥箱中被压紧3小时。
实施例2.将221.29克(1摩尔)3-氨基丙基三乙氧基硅烷添加至444.57克磺基丁二酸中，同时进行搅拌。然后该溶液在硅氧烷浴中加热至130℃。1小时的反应时间后，将332.93克的Levasil 300/30％型(pH＝10)的碱性稳定的含水硅胶溶液添加至反应溶液中，同时进行搅拌。12小时的反应时间后，该混合物用水稀释至固态物的含量为5％。这样得到亲水性纳米粒子，该粒子具有大约15nm的反应性端基。该系统通过大量水(inundation)施涂于等离子体激发的聚碳酸酯片材上，并随后在130℃下在循环气体干燥箱中干燥5小时。
实施例3.将123.68克(0.5摩尔)3-异氰酸根合丙基三乙氧基硅烷添加至600克(1摩尔)的聚乙二醇600中，并在添加0.12克月桂酸二丁基锡(相对于3-异氰酸根合丙基三乙氧基硅烷是0.1wt％)后，在硅氧烷浴中加热至130℃。将25克(0.12摩尔)四乙氧基硅烷和33.4g(0.12摩尔)3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷添加至50克所得的溶液(溶液A)中，同时进行搅拌。添加15.12克(0.84摩尔)的0.1N HCI溶液后，该混合物被水解，并在室温中冷凝24小时。这样得到亲水性纳米粒子，该粒子具有大约5nm的反应性端基。
实施例4.将12.5克(0.05摩尔)3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，12.5克的20％CeO2水溶液(来自Aldrich)，和50克的乙醇添加至在实施例3中描述过的50克溶液A中，同时进行搅拌以使混合物均匀，并且进行48小时的亲水化。在添加0.375克来自Ciba Spezialitaten Chemie的Ingacure 184(相对于3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷是3wt％)后，在厚度至多为30μm的湿膜中，通过喷涂将该混合物施涂于燃烧过的聚碳酸酯处材上，并在130℃下在循环气体干燥箱中第一次干燥10分钟。这之后，采用汞发射器进行光化学干燥，其中Hg发射器的辐射输出为1-2J/cm2。
本发明的范围并不限制于上述的第二涂层材料和其制造方法，而且包括其他第二涂层材料，该材料包括在燃料电池元件上的聚电解质聚合物上形成的纳米粒子。下面描述第二涂层材料和其制造方法的另外实施方案。
例如，但不限于此，恰当的纳米粒子包括SiO2，其他金属氧化物，诸如HfO2、ZrO2、Al2O3、SnO2、Ta2O5、Nb2O5、MoO2、IrO2、RuO2，亚稳态氧氮化物，非化学计量的金属氧化物，氧氮化物，以及它们的包括碳链或包括碳的衍生物，或它们的混合物。
在一个实施方案中，第二涂层材料是亲水的，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括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、卤化物、羧基、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不饱和的，并且可以具有1至4个碳原子。第二涂层材料可以具有另外的元素或化合物，包括例如Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、稀土金属、它们的合金、聚合碳或石墨，用以提高导电性。
在本发明的一个实施方案中，第二涂层材料包括Si-O基和Si-R基，其中R包括饱和或不饱和的碳链，以及其中Si-R基团与Si-O基团的摩尔比的范围是从1/8至1/2，优选是1/4至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，以提高涂层的亲水性。
本发明的另一实施方案包括燃料电池元件，该燃料电池元件具有在其上带有聚电解质聚合物的一种元件和在聚电解质聚合物上的第二涂层材料，并且其中涂层衍生自硅氧烷。硅氧烷可以是线性的、支化的或环状的。在一个实施方案中，硅氧烷具有式R2SiO，其中R是烷基。
在本发明的另一个实施方案中，第二涂层材料衍生自具有下式的材料：
Figure S061E6493520061127D000071
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6，每个可以是H、O、Cl或饱和的或不饱和的碳链，该碳链具有1至4个碳原子，其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以是相同的或不同的。
在本发明的另一个实施方案中，第二涂层材料衍生自具有下式的材料：
Figure S061E6493520061127D000081
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6，每个可以是H、O、Cl或饱和的或不饱和的碳链，该碳链具有1至4个碳原子，其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以是相同的或不同的，以及R1、R2、R3、R4、R5或R6中的至少一个是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具有在其上的聚电解质聚合物和在聚电解质聚合物上的第二涂层材料的燃料电池元件，，其中第二涂层材料包括纳米粒子，该粒子的尺寸在1至100nm范围内，优选的是1-50nm，最优选是1-10nm，其中该纳米粒子包括包含硅、饱和或不饱和的碳链和极性基团的化合物。在一个实施方案中，涂层的平均厚度是80-100nm。
如图3所示，燃料电池元件可以是双极板，其包括较薄的衬底12，该衬底被冲压以限定一个由多个台阶16和沟道14(气体通过其流动)限定的气体流动区域。包括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，使得至少一部分聚电解质聚合物附着到衬底12上以形成第一层20。包括聚电解质聚合物的水溶液可以在衬底12被冲压之前或之后沉积在上表面18上。之后，包括第二涂层材料的水溶液可以施涂于聚电解质聚合物的第一层20上并进行干燥，以在聚电解质聚合物的第一层20上形成第二涂层材料22。衬底12可以是诸如不锈钢的金属，但不限于此。
参照图4，本发明的另一实施方案包括燃料电池双极板10，该双极板包括衬底12，该衬底被机械加工以限定一个由多个台阶16和沟道14(气体通过其流动)限定的气体流动区域。包括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，使得至少一部分聚电解质聚合物附着到衬底12上以形成第一层20。之后，包括第二涂层材料的水溶液可以施涂于聚电解质聚合物的第一层20上并进行干燥，以在聚电解质聚合物的第一层20上形成第二涂层材料22。衬底12可以是诸如不锈钢的金属，但不限于此。
现在参照图5，在一个实施方案中，衬底12可以用聚电解质聚合物的第一层20涂敷，并且掩模材料24可以选择性地沉积在第一层20上。之后，第二涂层材料22可以沉积在第一层20和掩模材料24上。如图6所示，掩模材料24和直接涂敷在掩模材料24上的第二涂层材料可以被移除，以留下第一层20上第二涂层材料22的选择部分。该衬底12可以被冲压，以便第二涂层材料22在气体流动区域的沟道14内。包括聚电解质聚合物的水溶液，和包括第二涂层材料的水溶液，每个都可以通过浸渍、喷涂、滚动、刷涂或类似方法施涂或沉积在衬底12上。
现在参照图7和8，在另一实施方案中，掩模材料24可以选择性地沉积在衬底12的上表面18上。包括聚电解质聚合物的第一层20可以在掩模材料24和衬底12上表面的暴露部分18′上形成。然后，在第一层20上形成第二涂层材料22。之后，如图8所示，掩模24以及第一层20和第二涂层材料22直接涂敷在掩模材料24上的部分被移除。类似的掩模技术可以用于机械加工的衬底。
本发明的说明书实质上仅仅是示例性的，并且因此不脱离本发明宗旨的变形也落在本发明的范围内。这些变形不被认为脱离了本发明的主旨和范围。

Claims (39)

1.一种燃料电池元件的涂敷方法，包括：
将包括聚电解质聚合物的水溶液施涂于选自双极板、扩散介质和薄膜电极组件的燃料电池元件上，使得至少一部分所述聚电解质聚合物附着到所述元件的至少一部分上。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述燃料电池元件包括双极板。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述聚电解质聚合物包括阳离子官能团。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述聚电解质聚合物包括阴离子官能团。
5.如权利要求1所述的方法，还包括将第二涂层材料施涂于附着在所述元件上的聚电解质聚合物上。
6.如权利要求3所述的方法，还包括将包括负官能团的第二涂层材料施涂于附着在所述元件上的聚电解质聚合物上，并使得负官能团和正官能团形成离子键。
7.如权利要求3所述的方法，还包括将亲水涂层施涂于所述聚电解质聚合物，并且其中所述亲水涂层包括负官能团。
8.如权利要求3所述的方法，还包括将包括纳米粒子的水溶液施涂于附着在所述元件上的聚电解质聚合物上。
9.如权利要求3所述的方法，还包括施涂包含硅氧烷纳米粒子的水溶液。
10.如权利要求5所述的方法，其中所述第二涂层材料包括丙烯酰胺和季铵盐的共聚物；聚酰胺-胺；聚烯丙基胺氢氯化物；环氧基偶氮聚合物；或丙烯酸基偶氮聚合物中的至少一种。
11.如权利要求5所述的方法，其中所述第二涂层材料包括SiO2、HfO2、ZrO2、Al2O3、SnO2、Ta2O5、Nb2O5、MoO2、IrO2、RuO2、亚稳态氧氮化物、非化学计量的金属氧化物、氧氮化物以及它们的包括碳链或包括碳的衍生物、或它们的混合物中的至少一种。
12.如权利要求1所述的方法，还包括将包括纳米粒子的分散体施涂于附着在所述元件上的聚电解质聚合物上。
13.一种燃料电池元件的涂敷方法，包括：
(a)将聚电解质聚合物的水溶液施涂于选自双极板、扩散介质和薄膜电极组件的燃料电池元件上，使得至少一部分所述聚电解质聚合物附着到所述元件的至少一部分上；
(b)将任何未附着到所述燃料电池元件上的聚电解质聚合物移除；
(c)将第二涂层材料施涂于附着在所述元件上的聚电解质聚合物上；以及
(d)将任何未附着到所述聚电解质聚合物上的第二涂层材料移除，其中所述聚电解质聚合物附着在所述元件上。
14.如权利要求13所述的方法，还包括重复(a)-(d)几次。
15.一种燃料电池双极板的涂敷方法，包括：
(a)通过将燃料电池双极板浸入在预处理溶液中而从该板移除油脂和污物；
(b)在去离子水的第一浴槽中冲洗所述板；
(c)在去离子水的第二浴槽中冲洗所述板；
(d)将所述板浸在第一聚电解质聚合物的第一水溶液中；
(e)在去离子水的第三浴槽中冲洗所述板，以将任何未附着到所述板的第一聚电解质聚合物移除；
(f)在去离子水的第四浴槽中冲洗所述板；
(g)将所述板浸入在第二分散体中，该第二分散体包括第二涂层材料；
(h)在去离子水的第四浴槽中冲洗所述板，以将任何未附着到所述第一聚电解质聚合物的第二涂层材料移除，其中所述第一聚电解质聚合物附着在所述板上；
(i)在去离子水的第五浴槽中冲洗所述板；
(j)重复(d)-(i)三个循环；
(k)干燥所述板。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述第二涂层材料包括纳米粒子。
17.如权利要求15所述的方法，其中附着到所述板上的第一聚电解质聚合物包括阳离子官能团。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述第二涂层材料包括阴离子官能团。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述第二涂层材料包括具有阴离子官能团的纳米粒子。
20.如权利要求15所述的方法，其中所述第一聚电解质聚合物包括丙烯酰胺和季铵盐的共聚物；聚酰胺-胺；聚烯丙基胺氢氯化物；环氧基偶氮聚合物；或丙烯酸基偶氮聚合物中的至少一种。
21.一种燃料电池元件的涂敷方法，包括：
将包括聚电解质聚合物的水溶液施涂于选自双极板、扩散介质和薄膜电极组件的燃料电池元件上，使得至少一部分所述聚电解质聚合物附着到所述元件的至少一部分上；
将第二涂层材料施涂于附着到所述燃料电池元件上的聚电解质聚合物上。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述燃料电池元件包括双极板。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述聚电解质聚合物包括阳离子官能团。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述聚电解质聚合物包括阴离子官能团。
25.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括纳米粒子，该纳米粒子的尺寸范围为2纳米至100纳米。
26.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括纳米粒子，该纳米粒子包括无机或有机材料。
27.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层包括纳米粒子，该纳米粒子包括亲水性侧链。
28.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括纳米粒子，该纳米粒子包括10至90wt％的无机结构，5至70wt％的亲水物质，以及0至50wt％的具有官能团的有机侧链。
29.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括氨基、磺酸酯、硫酸酯、亚硫酸酯、磺酰胺、亚砜、羧酸酯、多元醇、聚醚、磷酸酯或膦酸酯基中的至少一种。
30.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括具有官能团的有机侧链，并且其中所述有机侧链的官能团是环氧基、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、氨基化合物或氨基、异氰基、羟基或硅烷醇基。
31.如权利要求21所述的方法，其中所述燃料电池元件包括衬底，该衬底包括金属、聚合材料或导电复合材料中的至少一种。
32.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括SiO2、HfO2、ZrO2、Al2O3、SnO2、Ta2O5、Nb2O5、MoO2、IrO2、RuO2、亚稳态氧氮化物、非化学计量的金属氧化物、氧氮化物以及它们的包括碳链或包括碳的衍生物、或它们的混合物中的至少一种。
33.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括至少一个极性基团和至少一个包括饱和或不饱和碳链的基团。
34.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括极性基团，该极性基团包括羟基、卤化物、羧基、酮和/或醛官能团中的至少一种。
35.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、稀土金属、它们的合金、聚合碳或石墨。
36.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括Si-O基团和Si-R基团，其中R包括饱和或不饱和的碳链，以及其中Si-R基团与Si-O基团的摩尔比的范围是1/8至1/2。
37.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括硅氧烷，其具有式R2SiO，其中R是烷基。
38.如权利要求21所述的方法，其中所述第二涂层材料包括至少一个Si-O基团。
39.如权利要求36所述的方法，其中Si-R基团与Si-O基团的摩尔比的范围是1/4至1/2。
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