CN101378845B - 用于燃料电池部件的纳米颗粒涂覆方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用包括纳米颗粒的涂层溶液涂覆燃料电池部件的方法。

Description

用于燃料电池部件的纳米颗粒涂覆方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2005年12月19日提交的美国临时申请No.60/751628的权益。
技术领域
本公开一般涉及涂覆燃料电池部件的方法。
背景技术
Angelopoulos等的美国专利6025057公开了对制造电子封装例如印刷电路板的问题的解决方案，其中制造其的关键要求是实现合适的Pd/Sn晶种层催化剂加载量。不足的Pd催化剂将在铜沉积的电路层中导致空隙形成开路。太多的催化剂会导致粘合失效和侧面导电。粘合失效造成无电镀液在光致抗蚀剂下面渗漏并在电路元件之间沉积铜引起短路。公开的问题解决方案包括沉积有机聚电解质到有机衬底如由玻璃纤维和环氧树脂形成的电路板上。胶体钯-锡晶种层被沉积在有机聚电解质的上面。然后在晶种层上面沉积可光成像聚合物，并用光刻方法图案化可光成像聚合物以暴露晶种层的部分。在晶种层的暴露部分上利用铜的无电沉积来沉积铜。由pH适合所需晶种催化剂涂覆的水溶液沉积有机聚电解质。公开的有机聚电解质的例子为丙烯酰胺和β-甲基丙烯酰氧基(metacryloxy)乙基三甲基铵甲基硫酸盐的共聚物。上述聚电解质包括水解酰胺基并在pH低于4的含硫酸的水溶液中被沉积在有机衬底上。在另一实施方案中，聚电解质在pH超过10的含氢氧化钠的水溶液中被沉积在有机衬底上。公开的另一种聚电解质为阳离子聚酰胺-胺。使用聚电解质浓度在0.2和1.2克/升之间的中性水溶液。在聚电解质上沉积Pd/Sn胶体悬浮液的晶种层。
1999年12月7日颁布的Angelopoulos等的美国专利5997997公开了与制造电路化结构如印刷电路板有关的问题的解决方案，其中常规无电镀方法经常面临过量晶种沉积的问题。电路板上过量晶种的存在导致泄漏短路，和用于电路化晶种层上电路板的光致抗蚀剂的粘合性由于不均匀表面而较差。过量晶种层还会导致在随后处理步骤中镀不想要的金属。公开的解决方案包括提供工件，工件包括涂有聚合电介质层的衬底。然后在周围环境气氛中焙烧具有聚合电介质层的工件。。然后，用能氢键合到聚合电介质表面上弱酸性基团上的聚合物表面活性剂处理工件。公开的聚合物表面活性剂为具有酰胺基的阳离子聚电解质，如阳离子聚丙烯酰胺或阳离子聚酰胺基-胺。聚合物表面活性剂具有105-107的分子量。公开的聚电解质可从Polytech，Inc以商标“Polytech”得到。
在与印刷电路板无关的领域中，燃料电池堆的制造包括制备具有水管理特征的双极板。疏水双极板通道中液膜的毛细驱动不稳定性会导致液体滞留和燃料电池性能丧失。已表明在双极板表面上引入亲水官能团的等离子处理消除液体滞留和提高燃料电池性能。但是，这种等离子处理技术非常昂贵且耗时。因此，需要替代的处理选择方案。一种这种选择方案公开在受让人的美国专利申请No.11/463338中，2006年8月9日提交，题目为“Fuel Cell Component With Coating IncludingNanoparticles”。这种方法包括喷涂薄的亲水纳米颗粒涂层到双极板表面上。但是，申请人发现，这种方法存在大量耐久性问题，包括：(1)涂层缺乏颜色反射性意味着涂层的覆盖不一致(not coherent)，(2)涂层保留有有机酸和表面活性剂残余物，和(3)涂层的强度是内聚性而不是粘合性相互作用的结果(即涂层几乎没有或没有化学键合到衬底上)。
发明典型实施方案概述
本发明的一种实施方案包括燃料电池部件的涂覆方法，包括将燃料电池部件浸没在包括纳米颗粒和液相的浴中，并且所述液相包括以液相体积计至少30％的纳米颗粒分散剂。
本发明的另一种实施方案包括燃料电池部件的涂覆方法，包括将燃料电池部件浸没在包括纳米颗粒和液相的浴中，并且液相包括以液相体积计至少30％的醇。
本发明的另一种实施方案包括燃料电池部件的涂覆方法，包括将燃料电池部件浸没在包括纳米颗粒和液相的浴中，并且液相包括醇和水，其中以液相体积计存在至少30％的醇，和干燥所述部件，然后重复浸没和干燥数次。
从下文提供的详细描述中将更清楚本发明的其它实施方案。应认识到，详细描述和具体实施例，在说明本发明典型实施方案的同时，仅仅用于说明目的，不旨在限制本发明的范围。
附图简述
从详细描述和附图中将更充分地理解本发明的示例性实施方案，其中：
图1为图示根据本发明一种实施方案的方法的工艺流程图。
图2为图示根据本发明另一种实施方案的另一种方法的工艺流程图。
图3图示了根据本发明一种实施方案的具有聚电解质聚合物第一层和在其上的第二涂层材料的燃料部件。
图4图示了根据本发明另一种实施方案的具有聚电解质聚合物第一层和在其上的第二涂层材料的燃料部件。
图5图示了根据本发明一种实施方案的方法。
图6图示了根据本发明另一种实施方案的方法。
图7图示了根据本发明另一种实施方案的方法。
图8图示了根据本发明另一种实施方案的方法。
图9图示了根据本发明一种实施方案的产品。
示例性实施方案详述
示例性实施方案的以下描述在性质上仅仅是示例性的，决不旨在限制本发明、其应用或用途。
本发明的一种实施方案包括方法，包括施加包含聚电解质聚合物的水溶液到燃料电池部件上。聚电解质聚合物可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限于下面这些：丙烯酰胺和季铵盐的共聚物；聚酰胺基-胺；聚烯丙胺盐酸盐；环氧基偶氮聚合物；和丙烯酸基偶氮聚合物。燃料电池部件的合适例子包括但不限于双极板、扩散介质和膜电极组件。第二涂层材料可被施加到粘着到燃料电池部件上的聚电解质聚合物上。例如，第二涂层材料可包括但不限于亲水或疏水材料。在一种实施方案中，第二涂层材料可包括纳米颗粒。合适的第二涂层材料公开在受让人的美国专利申请序列号11/463338中，于2006年8月9日提交，题目为“Fuel Cell Component WithCoating Including Nanoparticles”，本文引入其公开内容作为参考。在本发明的一种实施方案中，第二涂层材料包括含有可与涂在燃料电池部件上的阳离子聚合物(聚电解质)形成强离子键的带负电荷基团的亲水材料。
图1为图示根据本发明一种实施方案的方法的工艺流程图。在这种实施方案中，方法的第一步骤100包括施加聚电解质聚合物水溶液到燃料电池部件如双极板上。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部件从燃料电池部件除去任何未粘着的聚电解质聚合物。方法的第三步骤104包括施加第二涂层材料到粘着到燃料电池部件上的聚电解质聚合物上。第二涂层材料可为例如包括纳米颗粒的材料。纳米颗粒为至少一个尺度小于20μm的颗粒。
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除去任何未粘着到聚电解质聚合物的第二涂层材料。可重复步骤1至4(100-106)数次以建立聚电解质聚合物和粘着到其上的第二涂层材料的多个层。
图2为图示根据本发明另一种实施方案的方法的工艺流程图。这种方法的第一步骤108包括通过将板浸没在预处理溶液中例如在65℃下三分钟从燃料电池双极板除去油脂和/或污染物。在一种实施方案中，预处理溶液包括K2-级(FDA微电子级)脱脂剂。方法的第二步骤110包括在去离子水的第一浴中冲洗板，例如在57℃下1分钟。方法的第三步骤112包括在去离子水的第二浴中冲洗板，例如在57℃下1分钟以进行干净冲洗。方法的第四步骤114包括将板浸没在包括第一聚电解质聚合物的第一水溶液中例如大约2分钟。在本发明的一种实施方案中，第一聚电解质聚合物为阳离子聚丙烯酰胺，例如可从CYTEC得到的Superfloc C-442或C-446。阳离子聚丙烯酰胺聚合物的另一例子是可从Polytech，Inc得到的Polytech 7M。方法的第五步骤116包括在去离子水的第三浴中冲洗板，例如在57℃下1分钟，以除去任何未粘着的第一聚电解质聚合物。方法的第六步骤118包括在去离子水的第四浴中冲洗板，例如在57℃下1分钟，以进行干净冲洗。方法的第七步骤120包括将板浸没在包括第二涂层材料的第二水溶液中，例如在57℃下3分钟。第二涂层材料可包括亲水纳米颗粒，如可从Nano-X得到的X-Tec 4014或3408。方法的第八步骤122包括在去离子水的第五浴中冲洗板，例如在57℃下1分钟，以除去未粘着到第一聚电解质聚合物上的任何未粘着第二涂层材料。方法的第九步骤124包括在去离子水的第六浴中冲洗板，例如在57℃下1分钟，以进行干净冲洗。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。然后，方法的第十一步骤128包括干燥板，例如，通过将板放在干燥架上10-15分钟。
包括纳米颗粒的合适第二涂层材料的例子公开在受让人共同待审美国专利申请序列号60/707705中，下文中描述这类第二涂层材料的例子。本发明的一种实施方案包括具有衬底的燃料电池部件，如但不限于其上具有聚电解质聚合物和在聚电解质聚合物上的包括纳米颗粒的第二涂层材料的双极板。纳米颗粒可具有约2至约100纳米的尺寸；优选地，约2至约20纳米；最优选约2至约5纳米。纳米颗粒可包括无机和/或有机材料。第二涂层材料可包括含有羟基、卤化物、羧基、酮和/或醛官能团的化合物。第二涂层材料可使燃料电池部件如双极板亲水。
本发明的一种实施方案包括其上具有聚电解质聚合物和在聚电解质聚合物上的包括具有亲水侧链的纳米颗粒的永久亲水涂层的燃料电池部件。
本发明的一种实施方案中，包括纳米颗粒的永久亲水涂层包括10-90wt％的无机结构、5-70wt％的亲水的和0-50wt％的具有官能团的有机侧链。在本发明的一种实施方案中，亲水侧链为氨基、磺酸根、硫酸根、亚硫酸根、磺酰胺、亚砜、羧酸根、多元醇、聚醚、磷酸根或膦酸根基团。
在本发明的一种实施方案中，第二涂层材料可包括有机侧链，并且其中有机侧链的官能团为环氧、丙烯酰氧、甲基丙烯酰氧、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、羟基或硅醇基。在本发明的一种实施方案中，涂层具有3-10的pH。
本发明的另一种实施方案包括在燃料电池部件上的聚电解质聚合物上沉积浆液溶液。浆液溶液包括纳米颗粒和载体，然后驱出载体。载体可包括水、醇和/或其它合适的溶剂。在一种实施方案中，浆液包括4-5wt％的纳米颗粒并存在95-96wt％的载体。在一种实施方案中，可在从约80到约180℃的温度驱出载体。固化期可为在80℃的10分钟到180℃的10秒。
合适的浆液材料可从Nano-X GmbH以商标HP 3408和HP 4014得到。浆液材料可提供能承受燃料电池工作条件超过2500小时的永久亲水涂层。永久涂层可形成在金属如铝和高等级不锈钢、聚合物衬底和导电复合衬底如双极板上。
美国专利申请2004/0237833描述了制备下文中复制的用于本发明的浆液的大量方法，本文引入其公开内容作为参考。
实施例1.将221.29g(1mol)3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到444.57g磺基琥珀酸中，同时搅拌，并在硅酮浴中加热到120℃保持5小时。在反应混合物冷却后，使20g粘性流体与80g(0.38mol)四乙氧基硅烷混合，并吸收在100g乙醇中。然后使溶液与13.68g(0.76mol)0.1NHCl溶液混合，并在40℃水浴中调和过夜。这产生大约2nm的具有反应端基的亲水纳米颗粒。用1/3水和2/3N-甲基吡咯烷酮(NMP)的混合物稀释得到的溶液至固体物质含量为5％，并通过喷涂施加到玻璃板上，湿膜厚度为10-20μm。随后，在150℃的循环空气干燥箱中压实衬底3小时。
实施例2.将221.29g(1mol)3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到444.57g磺基琥珀酸中，同时搅拌。然后在硅酮浴中将溶液加热到130℃。在1小时的反应时间后，将332.93g Levasil 300/30％型(pH＝10)碱稳定硅胶水溶液加入到反应溶液中，同时搅拌。在12小时的反应时间后，用水稀释混合物至固体物质含量为5％。这产生大约15nm的具有反应端基的亲水纳米颗粒。通过淹没(inundation)将该体系施加到等离子活化的聚碳酸酯片上，随后在130℃的循环空气干燥箱中干燥5小时。
实施例3.将123.68g(0.5mol)3-异氰酸根合丙基三乙氧基硅烷加入到600g(1mol)聚乙二醇600中，然后加入0.12g月桂酸二丁锡(相对于3-异氰酸根合丙基三乙氧基硅烷为0.1wt％)，在硅酮浴中加热到130℃。向50g得到的溶液(溶液A)中加入25g(0.12mol)四乙氧基硅烷和33.4g(0.12mol)3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷，同时搅拌。在加入15.12g(0.84mol)0.1N HCl溶液后，在室温下水解和缩合混合物24小时。这产生大约5nm的具有反应端基的亲水纳米颗粒。
实施例4.向示例性实施方案3中描述的50g溶液A中加入12.5g(0.05mol)3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、12.5g 20％CeO2水溶液(来自Aldrich)和50g乙醇，同时搅拌以匀化混合物，并进行亲水化48小时。在加入0.375g 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为3wt％)后，通过喷涂将混合物施加到火成(flamed)聚碳酸酯片上，湿膜厚度最大为30μm，并首先在130℃的循环空气干燥箱中热干燥10分钟。然后利用辐射输出为1-2J/cm2的Hg发射器进行光化学干燥。
本发明的范围不限于上述第二涂层材料和制备它们的方法，而是包括形成在燃料电池部件上聚电解质聚合物上的包含纳米颗粒的其它第二涂层材料。下面描述第二涂层材料的其它实施方案和制备它们的方法。
例如，合适的纳米颗粒包括但不限于SiO2、其它金属氧化物如HfO2、ZrO2、Al2O3、SnO2、Ta2O5、Nb2O5、MoO2、IrO2、RuO2、亚稳氧氮化物、非化学计量的金属氧化物、氧氮化物、和包括碳链或包括碳的它们的衍生物、和它们的混合物。
在一种实施方案中，第二涂层材料为亲水的，并包括至少一个Si-O基团、至少一个极性基团和至少一个含有饱和或不饱和碳链的基团。在本发明的一种实施方案中，极性基团可包括羟基、卤化物、羧基、酮或醛官能团。在本发明的一种实施方案中，碳链可为饱和的或不饱和的，并可具有1-4个碳原子。第二涂层材料可具有其它元素或化合物，包括例如Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、稀土金属、它们的合金、聚合碳或石墨以提高导电性。
在本发明的一种实施方案中，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基团的摩尔比为1/8至1/2，优选1/4至1/2。在本发明的另一种实施方案中，第二涂层材料还包括羟基以提高涂层的亲水性。
本发明的另一种实施方案包括燃料电池部件，其具有其上有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部件，并且其中涂层来源于硅氧烷。硅氧烷可为直链的、支链的或环状的。在一种实施方案中，硅氧烷具有式R2SiO，其中R为烷基。
在本发明的另一种实施方案中，第二涂层材料来源于具有以下式的材料：
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6各自可为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可相同或不同。
在本发明的另一种实施方案中，第二涂层材料来源于具有以下式的材料：
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6各自可为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可相同或不同，并且R1、R2、R3、R4、R5或R6中的至少一个为具有至少一个碳原子的碳链。
本发明的另一种实施方案包括燃料电池部件，其在其上有聚电解质聚合物和在聚电解质聚合物上的第二涂层材料，其中第二涂层材料包括尺寸为1-100纳米、优选1-50和最优选1-10纳米的纳米颗粒，并且其中纳米颗粒包括含有硅、饱和或不饱和碳链和极性基团的化合物。在一种实施方案中，涂层可具有80-100nm的平均厚度。
如图3中所示，燃料电池部件10可为双极板，其包括相对薄的衬底12，衬底12被压印以限定由多个平台16和通道14(反应物气体通过它流动)限定的气流场。包括聚电解质聚合物的水溶液可被沉积在衬底12的上表面18上，使得至少一部分聚电解质聚合物粘着到衬底12上形成第一层20。可在压印衬底12前或后将包括聚电解质聚合物的水溶液沉积在上表面18上。然后，可将包括第二涂层材料的水溶液施加到聚电解质聚合物第一层20上并干燥以在聚电解质聚合物第一层20上形成第二涂层材料22。衬底12可为金属如但不限于不锈钢。
现在参考图4，本发明的另一种实施方案包括燃料电池双极板10，其包括已被机械加工以限定由多个平台16和通道14(反应物气体通过它流动)限定的气流场的衬底12。包括聚电解质聚合物的水溶液可被沉积在双极板10的上表面18上，使得至少一部分聚电解质聚合物粘着到衬底12上形成第一层20。然后，可将包括第二涂层材料的水溶液施加到聚电解质聚合物第一层20上并干燥以在聚电解质聚合物第一层20上形成第二涂层材料22。衬底12可为金属如但不限于不锈钢。
现在参考图5，在一种实施方案中，衬底12可涂有聚电解质聚合物第一层20，并可在第一层20上选择性沉积掩横材料24。然后，第二涂层材料22可被沉积在第一层20和掩横材料24上。如图6中所示，掩横材料24和直接在掩横材料24上的第二涂层材料可被除去以在第一层20上留下第二涂层材料22的选择部分。衬底12可被压印使得第二涂层材料位于气流场的通道14中。可通过浸涂、喷涂、辊涂、或刷涂等将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各自施加或沉积到衬底12上。
现在参考图7，在另一种实施方案中，可在衬底12的上表面18上选择性沉积掩模材料24。可在掩模材料24和衬底12上表面的暴露部分18上形成聚电解质聚合物第一层20。然后可以在第一层20上形成第二涂层材料22。然后，可除去掩模材料24和直接在掩模材料24上的第一层20和第二涂层材料22的部分，如图8所示。类似的掩模技术可用于机械加工的衬底。
在本发明的另一种实施方案中，涂覆过程可使用或不使用包括聚电解质的水溶液的上述涂覆方法。在本发明的这种实施方案中，将燃料部件浸没在包括上述纳米颗粒和液相的浴中，液相包括量为液相至少30体积％的纳米颗粒分散剂。液相可包括30-100体积％的纳米颗粒分散剂，或在它们之间的任意体积百分数。液相还可包括量为液相0.1-70体积％的水，或在它们之间的任意体积百分数。合适的纳米颗粒分散剂包括但不限于醇，包括甲醇、乙醇或丙醇中的至少一种。与水形成溶液并提供分散性质的任何有机溶剂都被视为合适的分散剂。当使用X-Tec 3408或4014时，纳米颗粒占X-Tec材料的4-5wt％。在本发明的一种实施方案中，纳米颗粒的存在量可为浴溶液的0.2-5wt％。
在燃料电池部件浸没在上述浴中并从中取出后，任选地可在水(如DI水)中冲洗燃料电池部件以除去未粘着到燃料电池部件上的任何涂层，然后通过暴露燃料电池部件到环境空气、对流炉、红外或微波能中的至少一种来干燥。浸没、冲洗和干燥产生至少25nm厚的纳米颗粒涂层。在本发明的一种实施方案中，浸没、冲洗和干燥在燃料电池部件上产生涂层中具有0.4原子重量％硅的纳米颗粒涂层。
然后，可重复浸没、冲洗和干燥数次以在燃料电池部件上构建多层纳米颗粒涂层。例如，可至少在同一燃料电池部件上进行浸没、冲洗和干燥以产生至少100nm厚的纳米颗粒涂层。在本发明的一种实施方案中，重复浸没、冲洗和干燥以在燃料电池部件上产生涂层中具有1.5原子重量％硅的纳米颗粒涂层。合适的纳米颗粒材料如上所述，尤其是可从Nano-X得到的X-Tec 3408和/或4014，或可从Sigma-Aldrich得到的二氧化硅纳米粉末。本发明的一种实施方案包括至少1份X-Tec 3408或4014对19份溶剂，按体积计，其中溶剂为至少30体积％醇(在水中)。
现在参考图9，本发明的一种实施方案包括燃料电池部件10，如双极板，其包括具有由多个平台16和通道14限定的气流场(gas flow field)的衬底12。聚电解质聚合物第一层20在衬底的上表面18上。第一层20包括多个层19，21，每个都包括根据上述水溶液涂覆方法形成的聚电解质聚合物。在聚电解质聚合物第一层20上提供纳米颗粒第二层22。纳米颗粒第二层22可由多个层200、202、204、206形成，每个都包括纳米颗粒，并通过用于沉积纳米颗粒连续层的上述浸涂方法形成。在本发明的一种实施方案中，层200、202、204、206合计有至少100nm厚，并合计具有至少1.5原子重量％硅。
本发明的描述在性质上仅仅是示例性的，因此，其各种变化都旨在本发明的范围内。这类变化不被视为偏离本发明的精神和范围。

Claims (48)

1.一种方法，包括：
施加包括聚电解质聚合物的水溶液到燃料电池部件上使得至少一部分所述聚电解质聚合物粘着到所述部件的至少一部分上；
将燃料电池部件浸没在包括纳米颗粒和液相的浴中，所述液相包括纳米颗粒分散剂；
从所述浴中取出所述燃料电池部件使得纳米颗粒涂层粘着到所述燃料电池部件上；
在干燥所述涂层前冲洗所述燃料电池部件以除去未充分粘着到所述燃料电池部件上的任何纳米颗粒；以及
干燥所述涂层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述分散剂包括醇。
3.如权利要求2所述的方法，其中存在所述液相至少30体积％的所述醇。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述液相还包括量为所述液相0.1-70体积％的水。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述醇包括甲醇、乙醇或丙醇中的至少一种。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米颗粒分散剂包括能与水构成溶液的有机溶剂。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述液相还包括水。
8.如权利要求1所述的方法，重复所述浸没、取出和干燥以处理所述燃料电池部件上的至少二层纳米颗粒。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述燃料电池部件包括双极板。
10.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。
11.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。
12.如权利要求1所述的方法，还包括施加第二涂层材料到粘着到所述部件上的所述聚电解质聚合物上。
13.如权利要求10所述的方法，还包括施加包含阴性官能团的第二涂层材料到粘着到所述部件上的所述聚电解质聚合物上并使得所述阴性官能团和所述阳性官能团形成离子键。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米颗粒包括阴性官能团。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米颗粒包括硅氧烷。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米颗粒包括二氧化硅。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米颗粒的存在量为所述浴的0.2-5wt％。
18.一种方法，包括：
(a)施加聚电解质聚合物水溶液到燃料电池部件上使得至少一部分所述聚电解质聚合物粘着到所述部件的至少一部分上；
(b)除去未粘着到燃料电池部件上的任何聚电解质聚合物；
(c)施加第二涂层材料到粘着到所述部件上的所述聚电解质聚合物上；
(d)除去任何未粘着到所述部件上粘着的所述聚电解质聚合物上的第二涂层材料；
(e)将所述燃料电池部件浸没在包括纳米颗粒和液相的浴中，所述液相包括纳米颗粒分散剂；
(f)从所述浴中取出所述燃料电池部件使得纳米颗粒涂层粘着到所述燃料电池部件上并干燥所述涂层；
(g)冲洗所述燃料电池部件以除去未充分粘着到所述燃料电池部件上的任何颗粒。
19.如权利要求18所述的方法，还包括重复(a-d)数次。
20.如权利要求18所述的方法，还包括重复(f-g)数次。
21.如权利要求18所述的方法，其中所述纳米颗粒的存在量为所述浴的0.2-5wt％。
22.一种方法，包括：
(a)通过将燃料电池双极板浸没在预处理溶液中从所述板上除去油脂和污染物；
(b)在去离子水的第一浴中冲洗所述板；
(c)在去离子水的第二浴中冲洗所述板；
(d)将所述板浸没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中冲洗所述板以除去任何未粘着到所述板上的第一聚电解质聚合物；
(f)在去离子水的第四浴中冲洗所述板；
(g)将所述板浸没在包括第二涂层材料的第二分散体中，其中第二分散体包括纳米颗粒和醇；
(h)在去离子水的第四浴中冲洗所述板以除去任何未粘着到所述板上粘着的第一聚电解质聚合物上的所述第二涂层材料；
(i)在去离子水的第五浴中冲洗所述板；
(j)重复(d-i)至少三个循环；
(k)干燥所述板。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述板上粘着的第一聚电解质聚合物包括阳离子官能团。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述纳米颗粒具有阴离子官能团。
25.如权利要求22所述的方法，其中第一聚电解质聚合物包括以下中的至少一种：丙烯酰胺和季铵盐的共聚物；聚酰胺基-胺；聚烯丙基胺盐酸盐；环氧基偶氮聚合物；或丙烯酸基偶氮聚合物。
26.如权利要求22所述的方法，其中所述纳米颗粒的存在量为所述分散体的0.2-5wt％。
27.一种方法，包括：
施加包括聚电解质聚合物的水溶液到燃料电池部件上使得至少一部分所述聚电解质聚合物粘着到所述部件的至少一部分上；
施加第二涂层材料到粘着到所述燃料电池部件上的所述聚电解质聚合物上，所述第二涂层材料包括纳米颗粒和分散剂；
其中所述纳米颗粒的每一个都包括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基团的摩尔比为1/8至1/2。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述燃料电池部件包括双极板。
29.如权利要求27所述的方法，其中所述聚电解质聚合物包括阳离子官能团。
30.如权利要求27所述的方法，其中所述聚电解质聚合物包括阴离子官能团。
31.如权利要求27所述的方法，其中所述纳米颗粒具有约2至约100纳米的尺寸。
32.如权利要求27所述的方法，其中所述纳米颗粒包括无机或有机材料。
33.如权利要求27所述的方法，其中所述纳米颗粒包括亲水侧链。
34.如权利要求27所述的方法，其中所述纳米颗粒包括10-90wt％的无机结构、5-70wt％的亲水的和0-50wt％的具有官能团的有机侧链。
35.如权利要求27所述的方法，其中所述纳米颗粒包括氨基、磺酸根、硫酸根、亚硫酸根、磺酰胺、亚砜、羧酸根、多元醇、聚醚、磷酸根或膦酸根基团中的至少一种。
36.如权利要求27所述的方法，其中所述纳米颗粒包括具有官能团的有机侧链，并且其中所述有机侧链的所述官能团为环氧、丙烯酰氧、甲基丙烯酰氧、缩水甘油基氧基、烯丙基、乙烯基、羧基、巯基、羟基、酰胺或氨基、异氰基、羟基或硅醇基。
37.如权利要求27所述的方法，其中所述燃料电池部件包括衬底，所述衬底包括金属、聚合物材料或导电复合材料中的至少一种。
38.如权利要求27所述的方法，其中所述纳米颗粒包括SiO2、HfO2、ZrO2、Al2O3、SnO2、Ta2O5、Nb2O5、MoO2、IrO2、RuO2、亚稳氧氮化物、非化学计量的金属氧化物、氧氮化物、或者包括碳链或包括碳的其衍生物、或其混合物中的至少一种。
39.如权利要求27所述的方法，其中所述纳米颗粒包括至少一个Si-O基团、至少一个极性基团和至少一个含有饱和或不饱和碳链的基团。
40.如权利要求27所述的方法，其中所述纳米颗粒包括极性基团，所述极性基团包括羟基、卤化物、羧基、酮或醛官能团中的至少一种。
41.如权利要求27所述的方法，其中所述第二涂层材料还包括Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、稀土金属、它们的合金、聚合碳或石墨。
42.如权利要求27所述的方法，其中所述第二涂层材料包括源自硅氧烷的材料。
43.如权利要求27所述的方法，其中所述纳米颗粒源自具有以下式的材料：
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6各自可以为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可以相同或不同，并且R1、R2、R3、R4、R5或R6中的至少一个为具有至少一个碳原子的碳链。
44.如权利要求27所述的方法，其中所述施加第二涂层包括将所述燃料电池部件浸没在包括所述纳米颗粒和分散剂的浴中。
45.如权利要求44所述的方法，还包括从所述浴中取出所述燃料电池部件并干燥第二涂层。
46.如权利要求45所述的方法，还包括重复所述浸没、从所述浴中取出所述燃料电池部件和所述干燥，以在所述燃料电池部件上产生多个纳米颗粒层，其中所述多个层合计至少100nm厚。
47.如权利要求45所述的方法，其中所述纳米颗粒包括硅，并还包括重复所述浸没、从所述浴中取出所述燃料电池部件和所述干燥以在所述燃料电池部件上产生多个纳米颗粒层，其中所述多个层合计具有至少1.5原子重量％硅。
48.如权利要求44所述的方法，其中所述纳米颗粒的存在量为所述浴的0.2-5wt％。
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