CN101521281B - 低成本燃料电池双极板及其制造方法 - Google Patents

低成本燃料电池双极板及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101521281B
CN101521281B CN200910117968.1A CN200910117968A CN101521281B CN 101521281 B CN101521281 B CN 101521281B CN 200910117968 A CN200910117968 A CN 200910117968A CN 101521281 B CN101521281 B CN 101521281B
Authority
CN
China
Prior art keywords
compound
titanium
metal
nitrogen
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN200910117968.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101521281A (zh
Inventor
G·V·达赫奇
T·A·特拉博德
M·H·阿布德埃尔哈米德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN101521281A publication Critical patent/CN101521281A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101521281B publication Critical patent/CN101521281B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及低成本燃料电池双极板及其制造方法。通过使用原子层沉积法在金属板上沉积无针孔耐蚀和/或导电层来制造燃料电池双极板。在一个实施例中，使用原子层沉积法在阳极化金属板上沉积导电层。在另一实施例中，使用原子层沉积法在金属板上分别沉积至少一个耐蚀金属氧化物层和至少一个导电层。在又一实施例中，使用原子层沉积法在金属板上沉积耐蚀且导电的金属氮氧化物层。

Description

低成本燃料电池双极板及其制造方法
技术领域
本发明总体涉及的技术领域包括燃料电池双极板及其制造方法。
背景技术
燃料电池通常包括一系列膜电极组件和以交替方式堆叠在一起的双极板。膜电极组件通常由夹在膜的相对侧的阳极和阴极之间的离子导电膜制成。双极板是一种类似于导电体的具有用作流体通道的多条槽道的板。至少两种不同的反应气体流过双极板槽道从而到达相应的阳极部分和阴极部分，气体在这些部分发生电化学反应以产生电。由电化学反应产生的电被收集并通过双极板传导至外部电路。因此，双极板需要具有高电导率或低接触电阻来最小化能量损失。双极板也需要满足由于恶劣环境所导致的非常苛刻的耐蚀性要求，所述恶劣环境由反应气体、电化学反应和由膜电解质产生的污染物造成。
在氢燃料电池的情况下，水管理是另一关键问题。水在氢燃料电池中被不断地产生。另外，燃料电池膜需要为了必要的质子传导性而维持某一水合作用水平。当氢燃料电池以低电流密度操作时，例如0.2A/cm2，通常不会有足够的气流来去除在阴极部分产生的水。结果，水通常在流体通道中在阴极附近凝结为液滴并且阻碍反应气体的流动。在不提供反应气体的情况下，燃料电池的受阻部分将不会产生电。燃料电池的性能将会由于不均匀的电流分布而恶化。这种现象被称为低功率稳定性(LPS)。常规的贵金属导电涂层，例如金或铂涂层，具有大于40度的水接触角，这是有助于形成稳定水滴的条件。这种大的水接触角从而不提供期望的水管理。
低成本、重量轻且容易的制造方法对于商业上可行且理想的双极板也是重要的考虑因素。金属板由于其高电导率和低成本而成为引人注目的双极板材料。例如不锈钢和铝这样的金属可易于制成非常薄的片。通过简单廉价的冲压工艺可在金属片上形成流体流动槽道。然而，大部分低成本金属片不具有在燃料电池中所需的耐蚀性，这主要是因为从燃料电池膜释放的腐蚀性氟化物离子。金属腐蚀不仅使双极板本身的性能降级，而且产生污染燃料电池膜并且损害其质子传导性的可溶性金属离子。因此就有必要提供一种具有改善了耐蚀性和水管理性质的低成本金属双极板。
发明内容
本发明的一个实施例包括一种制造燃料电池双极板的方法，该方法包括：提供导电金属板，导电金属板具有构造成用作流体通道的至少一条槽道；使导电金属板阳极化以形成具有小于40度水接触角的耐蚀表面层；以及，使用原子层沉积法在耐蚀表面层上沉积至少一个导电层。导电层包括选自包括金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、贵金属和碳的组中的至少一种材料。
本发明的另一实施例包括一种制造燃料电池双极板的方法，该方法包括：提供导电金属板；使用原子层沉积法在金属板上沉积包含至少一种金属氧化物的均匀且无针孔的耐蚀层；以及，使用原子层沉积法在耐蚀层上沉积至少一个导电层。导电层可包括金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、贵金属或碳中的至少一种。
本发明的又一实施例包括一种制造燃料电池双极板的方法，该方法包括：(a)提供导电金属板；(b)提供金属化合物、氧化合物和氮化合物；(c)将导电金属板放置在原子层沉积室内；(d)使所述金属板暴露在包含金属化合物蒸汽的气体脉冲下，使得金属化合物的至少一个原子层被吸附在金属板的表面上；(e)用惰性气体清洗沉积室以去除金属化合物蒸汽；以及(f)在金属化合物被吸附在金属板上之后，在100℃和600℃之间的温度下使金属板暴露在包含氧化合物和氮化合物的至少一种气体脉冲下，促使被吸附的金属化合物与氧化合物和氮化合物反应从而形成金属氮氧化物。任选地，重复步骤(d)-(f)直到获得期望的氮氧化物层的厚度为止。
根据上述实施例中的任一个实施例制造的燃料电池双极板显示出极好的耐蚀性、低接触电阻和良好的水管理性质。
从下面提供的详细描述将显而易见本发明的其它示范性实施例。应当理解，详细描述和具体示例虽然公开了本发明的示范性实施例，但是只用来举例说明而不是用来限制本发明的范围。
附图说明
从详细描述和附图将会更充分地理解本发明的示范性实施例，其中：
图1图示出根据本发明一个实施例的在其上具有耐蚀层和/或导电层的双极板；
图2图示出根据本发明另一个实施例的在其上具有耐蚀层和/或导电层的双极板；
图3是根据本发明一个实施例的用于在双极板上沉积耐蚀层和/或导电层的原子层沉积过程的示意图；
图4是水滴在氧化铝表面上的显微照片的图示，示出了非常小的水接触角；
图5是在标记为氮氧化物1和氮氧化物2的两个样本上所获得的动电位极化曲线(扫描率为0.1毫伏/秒)，所述样本是在pH＝3、80℃下的0.1ppmHF溶液中的钛氮氧化物；
图6图示出本发明一个实施例的包括多个双极板的燃料电池堆的一部分。
具体实施方式
下面对各实施例的描述本质上仅仅是示范性的，并且决不是用来限制本发明及其应用或使用。
本发明的一个实施例包括包含导电金属或金属合金板的燃料电池双极板，其具有用原子层沉积法沉积的至少一个耐蚀层和/或一个导电层。任何廉价且化学性质稳定的金属材料都可用作金属板。合适的金属材料包括，但不限于：铝、铝合金、钢、不锈钢、钛和钛合金。铝和铝合金由于其低比重和低成本而可用于获得高能量密度。
金属材料可被制成薄板并且冲压形成用作流体通道的至少一条槽道。任何冲压工艺可用于形成流体流动槽道的适当图样。在一个实施例中，使用装载在压力机或冲压机上的冲压模具来冲压小于大约1mm厚的薄金属片。冲压模具在冲压工艺中赋予金属板特定的形状和三维槽道图样。冲压工艺可以是单级操作或者可以通过多级来进行，在单级操作中，压机的每一冲程都在金属板上产生期望的形状和槽道图样。所产生的槽道可用作将反应气体流引导至燃料电池的阳极和阴极的流体通道。金属板可具有用于流体的额外的槽道，例如用于控制燃料电池温度的液体冷却剂。双极板通常在一侧具有阳极气流槽道，在另一侧具有阴极气流槽道。
图1-2图示出可用来制造根据本发明一个实施例的燃料电池堆的双极板14和22的实施例。现在参照图1，第一板14可被冲压以提供多个槽脊(land)18及其间的槽道，从而促进反应气体流通过槽道20。类似地，第二板22可被冲压以提供多个槽脊26及其间的槽道28，从而促进不同的反应气体流通过槽道28。板14和22可通过本领域技术人员知晓的各种手段中的任一种而连接在一起，包括焊接、卡钉、钎焊或者借助胶粘剂。当连接在一起时，第一板14和第二板22可在其间限定冷却剂槽道9。耐蚀层和/或导电层11可沉积在整个流场表面上，流场表面包括第一板14的槽脊18和槽道22或第二板22的槽脊26和槽道28，或者涂层11可选择性地沉积在每个板的部分上。可以在各个板已被冲压之后并且在将板连接在一起之前或之后来涂敷涂层11。也能够在冲压之前将涂层11涂敷到相对平的板14、22的表面。现在参照图2，涂层11也可涂敷到更传统的双极板14或22，所述双极板可通过在相对较厚的金属基底中机械加工槽道20而形成。
根据一个实施例，具有至少一条流体槽道的金属板14、22可被阳极化以形成耐蚀表面层。随后可使用原子层沉积法在阳极化的表面层上沉积导电层。阳极化是增加金属板表面上的固有金属氧化物层的厚度和密度的电解过程。在阳极化过程中，构造为阳极的金属板与惰性阴极材料一起被浸入电解质中以形成电化学电池。电化学电位或电压被施加到电化学电池以引起受控的金属板阳极氧化，直到获得期望的金属板阳极的钝化厚度或水平为止。根据金属基底和施加的电压可以在所述过程中使用各种电解质。电解质的非限制性示例可包括：硫酸溶液、硼酸盐溶液、有机酸溶液、草酸溶液、铬酸溶液、硝酸溶液等。例如，铝金属板可在硫酸或铬酸溶液中以大约10-25V的电压进行阳极化处理，从而产生大约0.5-大约15μm厚的阳极化氧化层。在阳极化过程后，金属板显示出良好的耐蚀性。另外，阳极化表面层的亲水性孔状结构，尤其是铝、不锈钢或钛板的亲水性孔状结构，还提供40度或更小的水接触角。然而，由于在表面上形成非导电氧化物，阳极化金属板的接触电阻对于燃料电池双极板来说通常过高。因此需要导电表面层来提供必要的表面导电性。
阳极化金属板14、22不仅具有宏观槽道结构，而且具有由在阳极化过程期间形成的氧化层所产生的典型的粗糙微观孔状表面组织。因此这就提出了这样的挑战：在整个表面沉积均匀且薄的层从而以低成本提供必要的表面导电性而同时保持小的水接触角。如下所述的原子层沉积法在这种宏观和微观孔状表面上提供了优于其它常规方法的改善结果。
在一个实施例中，使用原子层沉积法将导电层11沉积在阳极化金属板14、22上。可使用各种耐腐蚀且导电的材料涂敷双极板以提供大约10毫欧/平方厘米或更小的表面接触电阻。导电层例如可包括导电材料，导电材料包括碳、贵金属、金属氧化物和金属氮氧化物中的至少一种。贵金属包括铂和金，但是也可以考虑银、钽、钯和铑。金属氧化物的示例可以包括但不限于：氧化钌、掺杂氧化钛、缺氧(oxygendeficiency)氧化钛、掺杂氧化锡及它们任意混合的氧化物。金属氮氧化物的示例可包括但不限于：钛氮氧化物、锆氮氧化物、铪氮氧化物、钽氮氧化物。钛氮氧化物可用化学式TiOxNy来表示，其中x是0.001和1之间的正实数，y是0.1和2之间的正实数。
原子层沉积或ALD是一种将共形的材料薄层沉积到不同成分构成的金属板基底上的自限性顺序表面化学过程。ALD包括前体沉积以及前体与反应气体反应形成期望涂层的分离的步骤。前体通常是能被汽化并通过受控气体脉冲引入沉积室中的金属化合物。通过在整个沉积过程中保持前体与反应气体分离，可以获得细微至大约0.1埃/单层的涂层生长的原子层控制。ALD具有优于其它薄膜沉积技术的独特优点，因为ALD生长膜是共形的、无针孔的、并且化学连接到金属双极板基底。利用根据本发明的ALD能够将涂层以厚度极均匀的方式沉积在深沟槽内、沉积在多孔介质内、以及沉积在微粒周围。膜厚度范围一般为1-5000nm。沉积的前体分子的量仅由反应表面位置的数量确定，并且与饱和后的前体暴露(precursorexposure)无关。生长率可以是每循环1单层，但是，在某些情况下，生长率由于被吸收的前体分子导致的位阻而可被限制为0.25-0.3单层。
ALD过程可包括至少一个沉积循环，该循环包括：(i)将第一化合物(通常是金属化合物)的气态蒸汽脉动地输送到沉积室中，其中至少一个金属板基底位于该沉积室中；第一化合物被化学吸附在金属板表面上或反应性地连接到金属板表面；(ii)清洗沉积室以去除第一化合物的残余蒸汽；(iii)用一个或多个额外的脉冲(任选地被中间清洗分开)将第二化合物(任选地与第三化合物)引导至沉积室；以及(iv)清洗沉积室。如果化合物在室温下是固态或液态的，那么必要的气态蒸汽可通过在蒸发器中使用或不使用溶剂进行直接蒸发来产生，或者用起泡器产生。
图3表示根据本发明一个实施例的用于将耐蚀层和/或导电层沉积在金属板基底上的ALD过程。在ALD沉积室中，金属板14、22基底M暴露在包含第一金属化合物A的蒸汽的气体脉冲下，第一金属化合物A可在足够高的使反应/吸附发生的温度下与金属板基底的表面反应或者化学吸附在金属板基底的表面上，由此在所述表面上形成第一化合物的单一原子层。反应空间可随后被清洗以去除过量的第一化合物的蒸汽和任何挥发性反应产物。清洗通常通过将惰性清洗气体引入反应空间中来完成。通过使被吸附的第一化合物的原子层暴露在包含第二化合物B的蒸汽的气体脉冲下，在被吸附的化合物A和第二化合物B之间以充分高的温度发生化学反应，在金属基底上产生化合物C。这个程序可通过使用第一和第二化合物的气体脉冲来重复，直到所形成的化合物C的层逐层达到期望的厚度为止。
当清洗气体用于从反应空间去除化学物质时，可以使用各种惰性和非惰性清洗气体。示范性的清洗气体包括：氮气(N2)、氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、二氧化碳(CO2)以及上述气体的混合物。这些清洗气体中的一种或多种气体的恒定流动也可用于将金属化合物或其它反应化合物运送到反应空间中和/或用于调整反应空间内的压力。
用于实施上述ALD法的设备可包括用于提供被抽成真空气氛的具有支撑件的真空室，该支撑件用于保持至少一个金属板基底、化合物的机械存储器、加热元件、以及产生并将包含化合物蒸汽的气体脉冲流及惰性气体流引导至沉积室的机械装置。在Suntola等人的美国专利No.4389973中描述了一种这样的设备。
ALD过程通常在高温和高压下进行。例如，沉积室中的反应空间可被加热至100℃到600℃之间，并且被抽气降压至大约0.1至10Torr(托)的压力，优选在约1Torr处。类似地，每个过程中每一脉冲的蒸汽流和脉冲时间可很大地变化。在一个实施例中，蒸汽流在大约1sccm(标况毫升每分)到2000sccm之间，并且优选在大约5sccm到1000sccm之间。常规ALD具有大约0.01秒到大约5秒的代表性气体脉冲时间。然而，在本发明的一个实施例中，对至少第一金属化合物使用从10到50秒范围(优选从20到大约30秒)的长脉冲时间。这种长气体脉冲时间在金属双极板基底的孔状三维表面上提供均匀的沉积。例如，上文所述的阳极化金属板既具有宏观槽道又具有微观孔状结构。为了在这种三维表面上沉积薄的导电材料层以提供充分低的接触电阻，可以使用大约30秒的长气体脉冲时间。通过使用长气体脉冲时间，可以获得非常薄而又导电的表面层。另外，还保持了小的水接触角(小于40度)。
在ALD过程中使用的化合物通常在将其装载到相应的容器中之后通过加热化合物材料或减小容器内的压力而汽化。真空管道可连接到化合物容器以减小化合物容器内的压力。真空管道可绕过薄膜沉积系统的反应室以防止微粒被抽吸通过流路并进入到沉积室中。在打开容器和分级体积(stagingvolume)之间任选的隔离阀时可借助于压差将汽化化合物抽吸到分级体积中。
很多金属化合物可连同本发明的ALD过程一起使用，但是优选的金属化合物是在低温时具有足够的蒸汽压力并且能够化学吸附在金属板表面上或与金属板表面起反应的化合物。金属化合物的示例包括：三氯化钛、四氯化钛、四碘酸钛(titaniumtetraiodate)、钛醇盐、双(二乙氨基)双(二甲氨基)钛(bis(diethylamido)bis(dimethylamido)-titanium(IV))、四(二乙氨基)钛(tetrakis(diethylamido)titanium(IV))、四(二甲氨基)钛(tetrakis(dimethylamido)titanium(IV))、四(乙基甲氨基)钛(tetrakis(ethylmethylamido)titanium(IV))、环戊二烯(三甲基)铂(cyclopentadienyl(trimethyl)platinum(IV))、仲丁醇铝(aluminumsec-butoxide)、三溴化铝、三氯化铝、二乙基乙氧基铝、三(乙基甲氨基)铝(tris(ethylmethylamindo)aluminum)、三乙基铝、三甲基铝、三(二乙氨基)铝、双(乙基环戊二烯)钌(bis(ethylcyclopentadienyl)ruthenium(II))、四氯化锆、四碘酸锆、四氯化铪、四碘酸铪、五氯化铌、五氯化钽、五氯化钼、六氯化钨、以及六氟化钨。元素周期表的族3-12(有时称作族IB-VIIIB)中的任何金属化合物都可连同本文描述的过程一起使用。金属化合物中的金属元素包括：铝；贵金属元素；包括钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)的族5的金属元素；包括钒(V)、铌(Nb)和钽(Ta)的族6的金属；以及包括铬(Cr)、钼(Mo)和钨(W)的族7的金属。
金属化合物可包括化学物质的混合物(包括两种或多种金属化合物)或者具有两种或多种金属元素的分子。两种实施例都产生包含多于一种金属元素的层。通过控制金属化合物的成分来修改层成分的能力使得能够精细调整所得到的沉积层的电学、化学和物理性质。不同的金属元素可来自元素周期表的相同族或不同族。在一个示例中，钛化合物和钌化合物的混合物在ALD过程中包含在一个气体脉冲中或者包含在两个分离的气体脉冲中。包含氧化合物的气体脉冲被进一步用于在充分高的温度下将吸附的钛化合物和钌化合物转变成其对应的氧化物。所述温度通常在200℃和600℃之间。因此通过ALD过程形成氧化钛/氧化钌混合物层。这种由ALD过程沉积的氧化钛/氧化钌混合物在金属板上形成薄的且极其均匀的无针孔层从而获得极好的耐蚀性和低接触电阻。
在阳极化金属板用作双极板的基底的实施例中，包含钛氮氧化物、掺杂氧化钛、掺杂钛氮氧化物、掺杂氧化锡、金、铂、碳、钌、氧化钌及其任意混合物的导电层可被沉积在阳极化表面上。为了沉积包含铂、金、钌或碳的层，环戊二烯(三甲基)铂、二甲基羧酸金(dimethylAucarboxylate)、有机氯金酸盐(organochloroaurate)、双(乙基环戊二烯)钌、以及芳烃、甲烷、乙烯、丙烯或乙炔气体在ALD法中可用作对应的金属化合物前体。为了沉积包含氧化钌和/或钛氮氧化物的层，双(乙基环戊二烯)钌、四氯化钛、四溴化钛、钛醇盐、双(二乙氨基)双(二甲氨基)钛、四(二乙氨基)钛、四(二甲氨基)钛和四(乙基甲氨基)钛可用作对应的金属化合物前体。在ALD法中，包含金属化合物的气体脉冲被引导进入沉积室中，在沉积室中至少一块金属板被固定作为基底。使用至少10秒的相对长的气体脉冲时间使得足够量的均匀金属化合物层被化学吸附或反应性地连接到阳极化金属板的孔状表面结构。气体清洗随后可用来去除沉积室中的残余金属化合物蒸汽。例如，约20秒或更多的脉冲时间可用在阳极化铝板上。在需要金属层(例如金、铂、碳或钌金属层)的情况下，在相应的金属化合物的气体脉冲之后可以使用包含还原剂(例如氢和一氧化碳)的气体脉冲以将所述表面吸附或化学连接的金属化合物层转变为金属层。在需要金属氧化物(例如氧化钌和和/或氧化钛)的情况下，包含氧化合物(例如原子氧(O)、氧气(O2)、臭氧(O3)、水(H2O)、一氧化氮(NO)、氧化亚氮(N2O)和过氧化氢(H2O2))的气体脉冲可用于将吸附的金属化合物转变为相应的金属氧化物层。在需要钛氮氧化物的情况下，包含氧化合物和氮化合物的气体脉冲被引入沉积室中以将吸附的钛化合物(例如四(二乙氨基)钛)转变为钛氮氧化物。氮化合物可包括：氨、肼、N，N’二甲基肼、氮气、原子氮、胺、氧化氮和氧化亚氮。氧化合物可包括：水、氧气、臭氧、过氧化物和原子氧。通过控制引导至沉积室的氧和氮气化合物的相对量可以调整钛氮氧化物中的氧与氮的相对比。在一个示例中，沉积室中的反应压力大约为1torr，反应温度设定在大约300℃。残余气体分析器(RGA)可用于监测沉积室中的气相成分。氧化合物可以是H2O和O2。氮化合物和氧化合物的含量可用清洗时间来控制并且被RGA监测。
沉积在金属板上的导电层的厚度可由ALD过程的沉积循环数容易地控制。由于根据该实施例的金属板包含具有低水接触角的耐蚀金属氧化物层，因此导电层构造成足够厚以提供足够低的接触电阻，但又足够薄以保持40度或更小的小水接触角。通常，在使用ALD法沉积导电层后，金属板的接触电阻大约为10毫欧/平方厘米或更小。例如，在各个实施例中，导电层可具有1nm至100nm的厚度，可使用0.01mg/cm2至4mg/cm2的导电材料来制造，可使用10-10000次ALD沉积循环进行沉积以产生ALD沉积之后的小于40度的接触角。
在一个示范性示例中，薄的铝、不锈钢或钛金属板被冲压形成燃料电池槽道图样。然后，冲压的金属板在电解质溶液(例如硫酸水溶液)中被阳极化以形成粗糙且孔状的金属氧化物表面层。这种金属氧化物层提供极好的防腐蚀性和40度或更小的小水接触角。使用上述ALD法在阳极化金属板上沉积金、铂、碳、钌、氧化钌、氧化钛/氧化钌混合物、或者钛氮氧化物的层。因此，制备了根据本发明的一个实施例的双极板。该双极板具有大约10毫欧/平方厘米的接触电阻和小于40度的水接触角。
在另一个实施例中，使用ALD法将耐蚀层和独立的导电层分别沉积在金属板上。ALD法在金属板上提供无针孔且均匀的层以实现金属板的高防腐蚀水平。另外，耐蚀层也提供小水接触角以实现改善的水管理和低功率稳定性(LPS)。导电层通常被沉积在耐蚀层上以提供低接触电阻。因此这种通过ALD法制造的耐蚀和导电的层产生适用于燃料电池双极板的低成本金属板，例如铝板、不锈钢板和钛板。具体而言，铝板以低成本被制成具有足够耐蚀性和电导率的燃料电池双极板。由于铝的低重量密度，制备了显著改善燃料电池功率密度的低成本且重量轻的双极板。金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物及其混合物可被沉积在金属板上作为耐蚀层。在一个示例中，耐蚀层包含至少一种金属氧化物。金属氧化物可包括，但不限于：氧化铝、氧化钛、氧化钌、氧化钽。氧化钛和氧化钌可根据上述的ALD法来沉积。通过使金属板在沉积室中暴露在气体脉冲下可以沉积氧化铝，气体脉冲包含仲丁醇铝、三溴化铝、三氯化铝、二乙基乙氧基铝、三(乙基甲氨基)铝、三乙基铝、三异丁基铝、三甲基铝或三(二乙氨基)铝的气态蒸汽。随后用惰性气体(例如氮气和氦气)清洗沉积室以去除任何残余的铝化合物蒸汽。包含氧化合物气体(例如水、氧气、臭氧和过氧化氢)的气体脉冲在充分高的温度(100℃至600℃)下被进一步引入沉积室中以将吸附的铝化合物转变成氧化铝表面层。这种沉积循环可被重复直到形成足够的保护性氧化铝层为止。
在一个具体示例中，金属板首先在ALD沉积室中暴露在三甲基铝气体脉冲下。金属板表面上的羟基与三甲基铝蒸汽反应形成单层化学吸附的有机铝化合物。该反应以下面的化学反应中来表示，其中M-OH代表金属板表面上的金属羟基：
(CH3)3Al(气)+M-OH→M-O-Al(CH3)2+CH4
ALD沉积室随后被氮气清洗以在引入包含水蒸汽的气体脉冲之前去除任何残余的三甲基铝蒸汽。水蒸汽将吸附在金属板表面上的有机铝化合物转变为具有表面羟基的氧化铝，如以下化学反应所示：
M-O-Al(CH3)2+2H2O(气)→M-O-Al(O)-OH+2CH4
沉积循环可按以下化学反应所示被重复以形成额外的氧化铝层：
M-O-Al(O)-OH+(CH3)3Al(气)→M-O-Al(O)-O-Al(CH3)2+CH4
M-O-Al(O)-O-Al(CH3)2+2H2O→M-O-Al(O)-O-Al(O)-OH+2CH4
通过进行相应数量的ALD沉积循环形成了期望厚度的均匀无针孔氧化铝层。
如上所述制备的氧化铝层显示出非常小的水接触角。图4图示出在第一板14上的氧化铝表面11上的水100的微滴的显微照片。可看到，水接触角仅约为15度。这种小水接触角防止在气体流动槽道内形成水滴，并因此显著改善燃料电池的水管理。在耐蚀金属氧化物层上使用上述的ALD法进一步将导电层沉积在耐蚀层上以使接触电阻降低到大约10毫欧/平方厘米或更小。导电层的厚度被控制使得金属板的水接触角不大于40度而接触电阻为10毫欧/平方厘米或更小。导电层的示例包括：例如金和铂这样的贵金属；钛氮氧化物；掺杂氧化钛；掺杂氧化锡；碳；钌；以及氧化钌。因为用ALD法沉积了上述两种层，因而实现了耐蚀性、接触电阻和水管理性质的期望组合。
在又一个实施例中，使用ALD法在金属板上沉积具有耐蚀性、小水接触角和高电导率的表面层。在一个示例中，使用ALD法在金属板上沉积钛氮氧化物。包含铝、不锈钢或钛的金属或它们的合金的金属板被放置在ALD设备的沉积室中。包含钛化合物蒸汽(例如四(二乙氨基)钛气态蒸汽)的气体脉冲在大约1torr的压力和大约300℃的温度下被引入沉积室中，使得钛化合物的分子层被均匀地吸附在金属板表面上。然后用惰性气体(例如氮气)清洗沉积室以去除沉积室中任何残余的钛化合物蒸汽。包含氮化合物(例如氨(NH3))和氧化合物(例如水(H2O)和氧气(O2))的第二气体脉冲被引入沉积室中。可替换地，氮气脉冲和氧气脉冲被独立地引导至沉积室。氮化合物和氧化合物与吸附的钛化合物反应以将钛化合物转变为钛氮氧化物。因此重复钛氮氧化物沉积循环直到金属板的接触电阻达到大约10毫欧/平方厘米或更小，并且在金属板表面上形成均匀的耐蚀层。可以通过使用不同的四(二乙氨基)钛、NH3和H2O/O2含量来沉积具有不同N/O比的TiOxNy层。通过改变沉积室中的H2O和O2的含量也能调节由此沉积的层的N/O比。具体而言，由分子式TiOxNy表示的钛氮氧化物的层被沉积在金属板上，其中x具有0.001和1之间的数值，y具有0.1至2之间的数值。钛氮氧化物层不仅提供低接触电阻和极好的耐蚀性，而且提供12-15度的小水接触角和小于10毫欧/平方厘米的接触电阻。可在ALD法中使用的其它氮化合物包括，但不限于：原子氮(N)；肼(H2NNH2)；伯烷基胺、仲烷基胺和叔烷基胺；烷基肼(例如N，N’二甲基肼)等。可在ALD法中使用的其它氧化合物包括，但不限于：原子氧(O)、臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、氧化亚氮(N2O)、过氧化氢(H2O2)等。在整个过程中使用1Torr的沉积压力，前体脉冲的长度在10-25秒之间，在两个脉冲之间的清洗周期为1秒。TiOxNy也可通过例如溅射、电子束蒸发这样的PVD过程、CVD过程、使用射频或微波源的PECVD来沉积。
图5示出在pH＝3、80℃下的0.1ppmHF溶液中的钛氮氧化物的两个样本上获得的动电位极化曲线(扫描率为0.1毫伏/秒)。样本钛氮氧化物1具有Ti15O25N17的原子组成，而氮氧化物2具有Ti14O39N6的原子组成。两个样本都示出7毫欧/平方厘米的低接触电阻。样本2在铝金属板上的接触角为12度，样本1在在铝金属板上的接触角为17度。氟化氢(HF)溶液和80℃的温度非常类似于氢燃料电池中的恶劣腐蚀环境。从曲线图可以看出，在从-0.5V到+0.5V的电化学电位范围内相对于Ag/AgCl标准电极观测到10-6-10-5安/平方厘米的非常低的腐蚀电流。如此低的电流密度表明钛氮氧化物层为燃料电池的应用提供了对金属板基底的极好的防腐蚀。
现在参照图6，本发明的一个实施例包括包含燃料电池12的产品10。燃料电池12可包括第一燃料电池双极板14，该双极板14包括第一面16，第一面16在其中具有由多个槽脊18和槽道20限定的反应气体流场。反应气体流场可以运送双极板一侧上的燃料和双极板另一侧上的氧化剂。槽脊18的表面可包括导电涂层或裸露的金属表面。导电涂层可以是上文所述的贵金属、碳、金属碳化物、金属氮化物或导电氧化物的薄层。可通过将阀金属(valvemetal)的薄片(例如钛片)冲压形成用作流体通道的槽道20的设计图案来制备双极板。
根据本发明的一个实施例，使用ALD可使包括槽脊18和槽道20的整个表面涂有导电涂层11。燃料电池12还可包括第二燃料电池双极板22，该双极板22包括第一面24，第一面24在其中具有由多个槽脊26和槽道28限定的反应气体流场。槽脊18或16和槽道20或28可通过机械加工、蚀刻、冲压、模制等而形成在双极板14或22中。根据另一实施例，涂层11可选择性地沉积在双极板22的部分上，例如仅沉积在限定在双极板22中形成的槽道28的表面上。
纺织品部分30可提供在第一燃料电池双极板14和第二燃料电池双极板22之间。
纺织品部分30可包括包含第一面34和第二面36的聚合物电解质膜32。阴极可覆盖在聚合物电解质膜32的第一面34上。第一气体扩散介质层40可覆盖在阴极38上，任选地，第一微孔层42可置于第一气体扩散介质层40和阴极38之间。第一气体扩散介质层40可以是疏水的。第一双极板14可覆盖在第一气体扩散介质层40上。必要时，亲水层(未示出)可置于第一燃料电池双极板14和第一气体扩散介质层40之间。
阳极46可位于聚合物电解质膜32的第二面36的下面。第二气体扩散介质层48可位于阳极层46的下面，任选地，第二微孔层50可置于第二气体扩散介质层48和阳极46之间。第二气体扩散介质层48可以是疏水的。第二燃料电池双极板22可覆盖在第二气体扩散介质层48上。必要时，第二亲水层(未示出)可置于第二燃料电池双极板22和第二气体扩散介质层48之间。
在各个实施例中，聚合物电解质膜32可包括多种不同类型的膜。适用于本发明各个实施例的聚合物电解质膜32可以是离子导电材料。在美国专利No.4272353和No.3134689中、在《JournalofPowerSources》第28卷(1990)第367-387页中披露了合适的膜的示例。这种膜也称作离子交换树脂膜。树脂包括：在其聚合结构中的离子基；被聚合物基体固定或保持的一个离子组分；以及另一离子组分，该离子组分是与固定组分静电关联的活动的可取代的离子。活动离子在适当条件下被其它离子取代的能力赋予这些材料离子交换特性。
通过使具有各成分的混合物聚合可以制备离子交换树脂，所述成分之一含有离子组元。一大类阳离子交换质子导电树脂是所谓的磺酸阳离子交换树脂。在磺酸膜中，阳离子交换基是连接到聚合物主链的磺酸基。
使这些离子交换树脂形成为膜或滑槽是本领域技术人员公知的。优选的类型是全氟磺酸聚合物电解质，其中整个膜结构具有离子交换特性。这些膜是可商业购得的，商用磺酸基全氟化碳质子导电膜(sulfonicperfluorocarbonprotonconductivemembrane)的代表性示例由E.I.DuPontDNemours&Company以商业名称NAFION来出售。其它这类膜可从AsahiGlassandAsahiChemicalCompany得到。对其它种类的膜的使用也在本发明的范围内，这些膜例如但不限于：全氟阳离子交换膜、烃基阳离子交换膜、以及阴离子交换膜。
在一个实施例中，第一气体扩散介质层40或第二气体扩散介质层48可包括任何导电的多孔材料。在各个实施例中，气体扩散介质层可包括用疏水材料处理的无纺碳纤维纸或编织碳布，疏水材料例如但不限于：聚偏氟乙烯(PVDF)的聚合物、氟乙烯丙烯(fluoroethylenepropylene)、或者聚四氟乙烯(PTFE)。气体扩散介质层可具有5-40微米范围的平均孔大小。气体扩散介质层可具有大约100-大约500微米范围的厚度。
在一个实施例中，电极(阴极层和阳极层)可以是催化剂层，该催化剂层可包括催化剂微粒(例如铂)以及与所述微粒混合的离子导电材料，例如质子导电离聚物。质子导电材料可以是例如全氟磺酸聚合物这样的离聚物。催化剂材料可包括：金属，例如铂、钯；以及金属的混合物，例如铂和钼、铂和钴、铂和钌、铂和镍、铂和锡、其它的铂过渡金属合金；以及本领域公知的其它的燃料电池电催化剂。必要时，催化剂材料可被细分。催化剂材料可以无支撑或者被支撑在各种材料上，例如但不限于：细碎的碳颗粒。
在一个实施例中，阴极38和阳极46可以是催化剂层，该催化剂层可包括催化剂微粒(例如铂)以及与所述微粒混合的离子导电材料，例如质子导电离聚物。质子导电材料可以是例如全氟磺酸聚合物这样的离聚物。催化剂材料可包括：金属，例如铂、钯；以及金属的混合物，例如铂和钼、铂和钴、铂和钌、铂和镍、铂和锡、其它的铂过渡金属合金；以及本领域公知的其它的燃料电池电催化剂。必要时，催化剂材料可被细分。催化剂材料可以无支撑或者被支撑在各种材料上，例如但不限于：细碎的碳颗粒。
在一个实施例中，第一微孔层42或第二微孔层50可以由炭黑和疏水成分(例如聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯(PVDF))这样的材料制成，并且可以具有大约2-大约100微米范围的厚度。在一个实施例中，微孔层可包括多个颗粒，例如包括石墨化碳以及粘合剂。在一个实施例中，粘合剂可包括疏水聚合物，例如但不限于：聚偏氟乙烯(PVDF)、氟乙烯丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、或者其它有机或无机疏水材料。所述微粒和粘合剂可包含在液相中，所述液相例如可以是有机溶剂和水的混合物从而提供弥散。在各个实施例中，溶剂可包括2-丙醇、1-丙醇或乙醇等中的至少一种。所述弥散可应用于燃料电池基底，例如气体扩散介质层或气体扩散介质层上的疏水涂层。在另一实施例中，所述弥散可应用于电极。所述弥散可变干(通过使溶剂蒸发)，并且所得到的干微孔层可包含60-90重量百分比的微粒和10-40重量百分比的粘合剂。在各个其它实施例中，粘合剂可在干微孔层的10-30重量百分比的范围内。
以上对本发明实施例的描述本质上仅仅是示范性的，因此，所述实施例的变型不应被认为偏离了本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种制造燃料电池双极板的方法，包括：
提供导电金属板，导电金属板具有构造成用作流体通道的至少一条燃料电池反应气体槽道；
使所述导电金属板阳极化以形成具有小于40度的水接触角的耐蚀表面层；以及
使用原子层沉积法在所述耐蚀表面层上沉积至少一个导电层；所述导电层包括金属氧化物、金属氮化物、贵金属和碳中的至少一种以及金属氮氧化物；
其中使用原子层沉积法在所述耐蚀表面层上沉积至少一个导电层包括：
将所述导电金属板放置在原子层沉积室内；
使所述金属板暴露在包含金属化合物蒸汽的气体脉冲下，使得所述金属化合物的至少一个原子层被吸附在所述金属板的表面上；
用惰性气体清洗所述沉积室以去除所述金属化合物残余蒸汽；以及
在所述金属化合物被吸附在所述金属板上之后，在100℃和600℃之间的温度下使所述金属板暴露在包含单质氧或氧化合物和氮化合物的气体脉冲下，促使所述吸附的金属化合物与所述单质氧或氧化合物和氮化合物反应以形成金属氮氧化物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电金属包括铝、钢、钛或这些金属任意的合金中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述导电金属是铝金属或铝金属合金。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氮氧化物是钛氮氧化物；所述贵金属是金、铂、或钌；所述金属氧化物是氧化钌。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述原子层沉积法包括至少10秒的长的气体脉冲时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述气体脉冲时间在10到30秒之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电金属板包括铝、钢或钛。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属化合物包括四氯化钛、四溴化钛、钛醇盐、双(二乙氨基)双(二甲氨基)钛、四(二乙氨基)钛、四(二甲氨基)钛、四(乙基甲氨基)钛、或者双(乙基环戊二烯)钌中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述单质氧或氧化合物包括：原子氧、水、臭氧、过氧化物、或者氧气；所述氮化合物包括：氨、肼、烷基肼、一氧化氮、二氧化氮、胺、或者包含有机配体的氮。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氮氧化物是钛氮氧化物、锆氮氧化物、铪氮氧化物或钽氮氧化物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述钛氮氧化物由分子式TiOxNy来表示。
12.一种制造燃料电池双极板的方法，包括：
提供导电金属板，其中导电金属板包括燃料电池双极板，燃料电池双极板在表面中具有多个槽脊和槽道以限定反应气体流场；
使用原子层沉积法在所述金属板上沉积包含至少一种金属氧化物的均匀且无针孔的耐蚀层；以及
使用原子层沉积法在所述耐蚀层上沉积至少一个导电层；所述导电层包括从包含金属氧化物、贵金属和碳的组中选择的至少一种材料以及金属氮氧化物；
其中使用原子层沉积法在所述耐蚀表面层上沉积至少一个导电层包括：
将所述导电金属板放置在原子层沉积室内；
使所述金属板暴露在包含金属化合物蒸汽的气体脉冲下，使得所述金属化合物的至少一个原子层被吸附在所述金属板的表面上；
用惰性气体清洗所述沉积室以去除所述金属化合物残余蒸汽；以及
在所述金属化合物被吸附在所述金属板上之后，在100℃和600℃之间的温度下使所述金属板暴露在包含单质氧或氧化合物和氮化合物的气体脉冲下，促使所述吸附的金属化合物与所述单质氧或氧化合物和氮化合物反应以形成金属氮氧化物。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述金属板包括铝、不锈钢或钛。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述耐蚀层包括氧化铝或氧化钛。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述金属氮氧化物是钛氮氧化物；所述贵金属是金、铂、或钌；所述金属氧化物是氧化钌。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述导电金属板包括铝、钢或钛。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述金属化合物包括四氯化钛、四溴化钛、钛醇盐、双(二乙氨基)双(二甲氨基)钛、四(二乙氨基)钛、四(二甲氨基)钛、四(乙基甲氨基)钛、或者双(乙基环戊二烯)钌中的至少一种。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述单质氧或氧化合物包括：原子氧、水、臭氧、过氧化物、或者氧气；所述氮化合物包括：氨、肼、烷基肼、一氧化氮、二氧化氮、胺、或者包含有机配体的氮。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述金属氮氧化物是钛氮氧化物、锆氮氧化物、铪氮氧化物或钽氮氧化物。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述钛氮氧化物由分子式TiOxNy来表示。
CN200910117968.1A 2008-02-27 2009-02-27 低成本燃料电池双极板及其制造方法 Active CN101521281B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/038,007 US9136545B2 (en) 2008-02-27 2008-02-27 Low cost fuel cell bipolar plate and process of making the same
US12/038007 2008-02-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101521281A CN101521281A (zh) 2009-09-02
CN101521281B true CN101521281B (zh) 2015-12-02

Family

ID=40998629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910117968.1A Active CN101521281B (zh) 2008-02-27 2009-02-27 低成本燃料电池双极板及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US9136545B2 (zh)
CN (1) CN101521281B (zh)
DE (1) DE102009010279B4 (zh)

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2360761B1 (en) * 2008-11-28 2014-08-27 Nissan Motor Co., Ltd. Sealing structure and fuel cell comprising the sealing structure
KR101100858B1 (ko) * 2009-09-28 2012-01-02 포항공과대학교 산학협력단 연료 전지용 세퍼레이터와 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 연료 전지 스택
US8647723B2 (en) * 2010-10-22 2014-02-11 GM Global Technology Operations LLC Nucleation of ultrathin, continuous, conformal metal films using atomic layer deposition and application as fuel cell catalysts
CN102306804B (zh) * 2011-08-16 2014-11-05 上海交通大学 用于质子交换膜燃料电池双极板的高sp2杂化致密碳镀层及其制备方法
EP2571085A1 (de) 2011-09-16 2013-03-20 Siemens Aktiengesellschaft Elektrochemische Zelle
EP2823079B1 (en) 2012-02-23 2023-02-22 Treadstone Technologies, Inc. Corrosion resistant and electrically conductive surface of metal
KR101438891B1 (ko) * 2012-07-03 2014-09-05 현대자동차주식회사 연료전지용 애노드의 제조방법
CN103633338A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 新源动力股份有限公司 一种双极板金属网流场的处理方法
US9755244B2 (en) * 2014-06-04 2017-09-05 GM Global Technology Operations LLC Conductive thin film for carbon corrosion protection
JP2016003340A (ja) * 2014-06-13 2016-01-12 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 金属酸化物の薄膜、電池用電極及びそれらの製造方法
US9755235B2 (en) 2014-07-17 2017-09-05 Ada Technologies, Inc. Extreme long life, high energy density batteries and method of making and using the same
JP6160584B2 (ja) 2014-09-19 2017-07-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法
FI127743B (en) * 2014-12-31 2019-01-31 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Process for the preparation of catalytic nano-coating
CN104638273B (zh) * 2015-02-03 2017-07-11 大连交通大学 RuO2改性的燃料电池双极板及其制备方法
JP6160877B2 (ja) 2015-04-13 2017-07-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータ
WO2016209460A2 (en) 2015-05-21 2016-12-29 Ada Technologies, Inc. High energy density hybrid pseudocapacitors and method of making and using the same
US12027661B2 (en) 2015-06-01 2024-07-02 Forge Nano Inc. Nano-engineered coatings for anode active materials, cathode active materials, and solid-state electrolytes and methods of making batteries containing nano-engineered coatings
US11996564B2 (en) 2015-06-01 2024-05-28 Forge Nano Inc. Nano-engineered coatings for anode active materials, cathode active materials, and solid-state electrolytes and methods of making batteries containing nano-engineered coatings
US20160365585A1 (en) * 2015-06-10 2016-12-15 GM Global Technology Operations LLC Low Temperature Atmospheric Pressure Atomic Layer Deposition (ALD) of Graphene on Stainless Steel Substrates as BPP Coating
CN105047958B (zh) * 2015-07-08 2017-07-28 上海交通大学 用于燃料电池金属极板的石墨烯复合涂层及其制备方法
WO2017023797A1 (en) 2015-07-31 2017-02-09 Ada Technologies, Inc. High energy and power electrochemical device and method of making and using same
US9540729B1 (en) 2015-08-25 2017-01-10 Asm Ip Holding B.V. Deposition of titanium nanolaminates for use in integrated circuit fabrication
US9523148B1 (en) * 2015-08-25 2016-12-20 Asm Ip Holdings B.V. Process for deposition of titanium oxynitride for use in integrated circuit fabrication
US10422036B2 (en) 2015-10-23 2019-09-24 GM Global Technology Operations LLC Suppressing aging of platinum group metal particles in a catalytic converter
CN105552399B (zh) * 2015-12-15 2018-06-26 湖北大学 一种石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板及其制备方法
DE102016202372A1 (de) 2016-02-17 2017-08-17 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Schicht und Schichtsystem, sowie Bipolarplatte, Brennstoffzelle und Elektrolyseur
KR102586409B1 (ko) * 2016-04-12 2023-10-11 피코순 오와이 금속 휘스커를 억제하기 위한 ald에 의한 코팅
JP6789490B2 (ja) * 2016-04-27 2020-11-25 株式会社Flosfia 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
CN106129422B (zh) * 2016-08-09 2018-09-11 上海交通大学 提高燃料电池金属双极板表面镀层致密和耐腐蚀的方法
CN108123142B (zh) 2016-11-28 2022-01-04 财团法人工业技术研究院 抗腐蚀结构及包含其抗腐蚀结构的燃料电池
US11024846B2 (en) 2017-03-23 2021-06-01 Ada Technologies, Inc. High energy/power density, long cycle life, safe lithium-ion battery capable of long-term deep discharge/storage near zero volt and method of making and using the same
JP7064723B2 (ja) * 2017-03-31 2022-05-11 株式会社Flosfia 成膜方法
JP6870470B2 (ja) * 2017-05-19 2021-05-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータ
DE102017118318A1 (de) * 2017-08-11 2019-02-14 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstacks, sowie Brennstoffzellenstack
CN109755592B (zh) * 2018-12-26 2023-10-27 浙江锋源氢能科技有限公司 一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池
DE102019200247B4 (de) * 2019-01-10 2023-08-03 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Beschichten eines Bremskörpers, Bremskörper
DE102019108660A1 (de) * 2019-04-03 2020-10-08 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Schichtsystem, Bipolarplatte mit einem solchen Schichtsystem und damit gebildete Brennstoffzelle
US11377738B2 (en) 2019-05-31 2022-07-05 Robert Bosch Gmbh Method of applying a flow field plate coating
DE102019209766A1 (de) 2019-07-03 2021-01-07 Audi Ag Brennstoffzellenplatte, Bipolarplatte und Brennstoffzellenvorrichtung
CN110707341B (zh) * 2019-10-23 2021-05-28 嘉隽氢能科技(上海)有限公司 一种用于燃料电池的双极板亲水-疏水表面及其制备方法
US20210143448A1 (en) * 2019-11-12 2021-05-13 Bryan M. Blackburn Solid-state electrochemical devices having coated components
KR102260508B1 (ko) * 2019-12-10 2021-06-07 현대모비스 주식회사 연료전지용 촉매, 이를 포함하는 연료전지용 전극 및 이를 포함하는 막전극접합체
CN112993298A (zh) * 2019-12-14 2021-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池金属双极板双功能涂层
CN112993300A (zh) * 2019-12-14 2021-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于燃料电池金属双极板涂层的过渡层
JP2023543875A (ja) 2020-12-16 2023-10-18 シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲー 層及び層システム及び導電性プレート及び電気化学電池
DE102021130935A1 (de) 2020-12-16 2022-06-23 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Schicht und Schichtsystem, sowie elektrisch leitfähige Platte und elektrochemische Zelle
CN112803033B (zh) * 2021-02-23 2023-10-20 北京大学 一种用于燃料电池金属双极板的薄膜及其制备方法
CN114023986B (zh) * 2021-09-28 2022-12-16 上海治臻新能源股份有限公司 一种用于燃料电池钛基材双极板的复合涂层及其制备方法
CN118099443A (zh) * 2024-04-28 2024-05-28 未势能源科技有限公司 极板、双极板和极板制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6291093B1 (en) * 1997-11-25 2001-09-18 California Institute Of Technology Fuel cell elements with improved water handling capacity

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3134689A (en) 1961-03-24 1964-05-26 Intellux Inc Thin film structure and method of making same
US4272353A (en) 1980-02-29 1981-06-09 General Electric Company Method of making solid polymer electrolyte catalytic electrodes and electrodes made thereby
US4389973A (en) 1980-03-18 1983-06-28 Oy Lohja Ab Apparatus for performing growth of compound thin films
US5624769A (en) 1995-12-22 1997-04-29 General Motors Corporation Corrosion resistant PEM fuel cell
US5980977A (en) * 1996-12-09 1999-11-09 Pinnacle Research Institute, Inc. Method of producing high surface area metal oxynitrides as substrates in electrical energy storage
US6287965B1 (en) * 1997-07-28 2001-09-11 Samsung Electronics Co, Ltd. Method of forming metal layer using atomic layer deposition and semiconductor device having the metal layer as barrier metal layer or upper or lower electrode of capacitor
KR100436456B1 (ko) * 1999-09-17 2004-06-22 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 고분자 전해질형 연료전지
US6649031B1 (en) * 1999-10-08 2003-11-18 Hybrid Power Generation Systems, Llc Corrosion resistant coated fuel cell bipolar plate with filled-in fine scale porosities and method of making the same
US6542973B2 (en) * 2001-07-03 2003-04-01 Ibm Corporation Integrated redundancy architecture system for an embedded DRAM
US6811918B2 (en) * 2001-11-20 2004-11-02 General Motors Corporation Low contact resistance PEM fuel cell
US6824816B2 (en) * 2002-01-29 2004-11-30 Asm International N.V. Process for producing metal thin films by ALD
US6887613B2 (en) * 2002-12-04 2005-05-03 General Motors Corporation Corrosion resistant PEM fuel cell
US20060019033A1 (en) * 2004-05-21 2006-01-26 Applied Materials, Inc. Plasma treatment of hafnium-containing materials
EP1771902A4 (en) 2004-06-30 2009-09-16 Georgia Tech Res Inst MICROSTRUCTURES AND METHODS OF MAKING
US7156120B2 (en) * 2004-07-28 2007-01-02 Cct Manufacturing, Inc. Inline liquid flow control valve
US7709145B2 (en) * 2004-11-12 2010-05-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Hydrophilic surface modification of bipolar plate
US20060216571A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Gayatri Vyas Metal oxide based hydrophilic coatings for PEM fuel cell bipolar plates
US8029943B2 (en) * 2005-02-28 2011-10-04 GM Global Technology Operations LLC Method to make conductive hydrophilic fuel cell elements
US8377607B2 (en) * 2005-06-30 2013-02-19 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell contact element including a TiO2 layer and a conductive layer
US7550222B2 (en) * 2005-10-21 2009-06-23 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel cell component having a durable conductive and hydrophilic coating
JP2007257883A (ja) 2006-03-20 2007-10-04 Aisin Takaoka Ltd 燃料電池セパレータ及びその製造方法
JP2009533830A (ja) * 2006-04-14 2009-09-17 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 信頼性のある燃料電池電極の設計

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6291093B1 (en) * 1997-11-25 2001-09-18 California Institute Of Technology Fuel cell elements with improved water handling capacity

Also Published As

Publication number Publication date
CN101521281A (zh) 2009-09-02
DE102009010279A1 (de) 2009-10-01
US20150349351A1 (en) 2015-12-03
US20090214927A1 (en) 2009-08-27
US9136545B2 (en) 2015-09-15
DE102009010279B4 (de) 2020-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101521281B (zh) 低成本燃料电池双极板及其制造方法
US20180131015A1 (en) Low Temperature Atmospheric Pressure Atomic Layer Deposition (ALD) of Graphene on Stainless Steel Substrates as BPP Coating
CN105895927B (zh) 用于pemfc的包括自由基捕获剂的耐腐蚀金属双极板
JP5089387B2 (ja) Ｐｅｍ燃料電池用の高性能膜電極接合体（ｍｅａ）を製造するための新しいアプローチ
US7935655B2 (en) Nanostructured core-shell electrocatalysts for fuel cells
US9011667B2 (en) Nanotube assembly, bipolar plate and process of making the same
US20120237854A1 (en) Method to Enhance the Durability of Conductive Carbon Coating of PEM Fuel Cell Bipolar Plates
JP5349054B2 (ja) 電気化学反応器用カソード、該カソードを組み込んだ電気化学反応器及び該カソードの製造方法
CN101009385B (zh) 用于pem燃料电池的超亲水微孔导电涂层
US7803476B2 (en) Electrical contact element for a fuel cell having a conductive monoatomic layer coating
CN105161733B (zh) 用于碳腐蚀保护的导电薄膜
EP1021590A1 (en) A method of depositing an electrocatalyst and electrodes formed by such method
US20150364772A1 (en) Method to prepare alloys of platinum-group metals and early transition metals
EP2956247B1 (en) Corrosion resistant and electrically conductive surface of metallic components for electrolyzers
JP2023534222A (ja) 触媒材料を備えた電気化学セル用基材を提供する方法
CN106611859B (zh) 抗腐蚀催化剂
US20090092874A1 (en) Stable hydrophilic coating for fuel cell collector plates
JP2018006300A (ja) 燃料電池用金属セパレータ及びこれを用いた燃料電池
US20100239854A1 (en) Metallic material coated with carbon film
KR20170106570A (ko) ＰＥＡＬＤ를 이용한 ＰＥＭＦＣ의 분리판용 ＴｉＮ 박막의 제조방법
KR102648904B1 (ko) 암모니아 연료용 고체산화물 연료전지
US10236517B2 (en) Method for manufacturing and cleaning a stainless steel fuel cell bipolar plate
Vohs et al. Enhancing Coking Tolerance and Stability of SOFC Anodes using Atomic Layer Deposition (ALD) of Oxide Thin Films

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant