CN101656319A - 燃料电池双极板上导电涂层的电化学沉积 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池双极板上导电涂层的电化学沉积，其中一个示例性实施方案包括方法，该方法在双极板的平台的选定部分上选择性地电镀导电涂层，留下所述平台的部分未被所述导电涂层涂覆。因此，充分降低用于PEM燃料电池的双极板的成本。

Description

燃料电池双极板上导电涂层的电化学沉积

技术领域

[0001]本发明主要涉及的领域包括用于燃料电池的双极板及其制造和使用的方法。

背景技术

[0002]迄今为止已知的用于燃料电池的双极板包括由多个平台以及至少一个沟道(channel)在双极板的表面内限定的至少一个反应气体流路。为了要减小扩散介质层与双极板之间的接触电阻，迄今为止采用金涂覆双极板的限定反应气体流路的表面。

发明内容

[0003]本发明的一个示例性实施方案包括方法，该方法包括提供双极板，该双极板包括由多个平台以及至少一个沟道在双极板的表面内限定的至少一个反应气体流路；在所述平台上的多个第一位置选择性地电镀导电涂层，并使得所述平台上的多个第二位置没有导电涂层，和使得所述沟道基本上没有导电涂层。在一个示例性的实施方案中，导电涂层可包括金。

[0004]结合下文中作出的详细描述，本发明的其它示例性实施方案将变得明显。应理解详细描述和特定的实例虽然公开的是本发明的示例性实施方案，但是其目的是仅仅示例性的而并非有意限定本发明的范围。

附图说明

[0005]结合详细描述和附图，将更完全理解本发明示例性实施方案，其中：

[0006]图1示出了用于根据本发明的一个示例性实施方案的方法中的电镀系统。

[0007]图2是用于根据一个示例性实施方案的方法中的具有多个通孔的海绵体(sponge)的平面图。

[0008]图2A是图2的2A部分的放大视图。

[0009]图3是根据本发明的一个实施方案的双极板的截面图，包括其上可选择性地电镀导电涂层的第一衬底和第二衬底。

[0010]图4示出了根据本发明一个实施方案，其上可选择性地电镀导电涂层的燃料电池双极板的替代实施方案。

[0011]图5是根据本发明一个示例性实施方案的燃料电池双极板的表面的放大部分平面图，所述双极板包括多个平台以及反应性气体流动沟道，并且其中导电涂层已经被选择性地电镀在所述平台的部分上，使得所述平台的部分未涂覆，并且沟道未涂覆。

[0012]图6示出了根据一个示例性实施方案，使用具有用于接触燃料电池双极板的平台的部分的多个凸起特征或凸出物的海绵体，电镀燃料电池双极板的平台的选定部分的替代方法。

具体实施方式

[0013]以下实施方案的描述本质上仅仅是示例性的(举例说明性的)而绝非有意限定发明、其应用或使用。

[0014]现在参照图1-2A，本发明的一个实施方案可包括方法，该方法包括提供电镀系统10，所述电镀系统10包括容器12，所述容器12可包括侧壁14、顶部16和底部18，侧壁14、顶部16和底部18中的每一个可以是绝缘材料例如聚合物材料。所述底部18可以是包括多个通孔21的聚合物片，最佳参见图2A。每一个所述的通孔21可以具有并且被设置成各种设计。在一个实施方案中，所述通孔可具有范围为1nm至100nm的截面区域，并可以被分隔开范围为1nm至100nm的中心至中心的距离。用于减慢电解液流过所述通孔21的材料例如但不限于海绵体20，可被提供在所述容器内覆盖底部18。正电极(阳极)22可被提供在所述容器内并连接至例如蓄电池(battery)28的电源。所述正电极22可由各种导电材料中的任何材料制成，例如是、但不限于低接触电阻材料。合适的低接触电阻材料或涂层可包括、但不限于可适合作所述正电极22的金、钯、铂、铱、钌、银以及它们的合金或混合物。电解液24可被提供在所述容器内，其对所述正电极22进行补充。充料管26可被提供并连接至所述容器12以从储器补充所述电解液。

[0015]用于燃料电池双极板的至少第一衬底30可被设置在所述底部18下面并连接至电源(蓄电池)28。所述第一衬底30包括具有由多个平台32和沟道34限定在其中的燃料电池反应气体流场的第一面31。所述第一衬底30还可包括第二相对面33，所述第二相对面33可包括限定在其中的冷却剂流体沟道40的多个部分。当所述第一衬底30和所述正极22连接至所述蓄电池28时，电子从所述第一衬底30流向所述正极22并因此来自正极的材料进入电解液并经过所述底部18中的所述多个通孔36以选择性地电镀在所述第一衬底的平台32的部分上，留下所述平台的部分未覆盖。

[0016]图3示出了一种替代实施方案，示出了包括限定多个平台32和沟道34的第一面31的第一衬底30。包括也限定了多个平台32和沟道34的第一面37的第二衬底38结合至第一衬底30。多个冷却剂流体流动沟道40可限定在所述第一衬底30和所述第二衬底38之间。所述第一衬底30可具有也限定了多个平台和沟道的第二面33。类似的，所述第二衬底38可具有限定了多个平台和沟道的第二面39。图4示出了燃料电池双极板的替代实施方案，其中所述第一衬底30和所述第二衬底38可明显更厚。

[0017]图5是燃料电池双极板的第一衬底30的第一面31的部分的放大局部平面图。所述第一面31包括由多个平台32限定的至少一反应性气体流动沟道34。导电材料42选择性地沉积在所述平台32的部分上，留下部分44未被导电材料覆盖。此外，沟道40可基本上没有导电材料42。

[0018]现在参照图6，在本发明的另一实施方案中，所述容器12可修改成去除所述底部18，而所述海绵体20可被提供多个向下延伸的凸起特征或凸出物46，相邻的凸出物46被凹槽48分隔开以使得凸出物46选择性地接触所述平台32的部分，从而在其上电镀导电材料。

[0019]在一个实施方案中，导电涂层是金合金，所述金合金具有至多90Wt％的金，余量包括不稳定金属。不稳定金属可以是锌、镁、铝或它们的混合物。在一个实施方案中，所述合金可包括反应性组分，并且所述反应性组分可溶解在例如硫酸的酸中或者例如氢氧化钠或氢氧化钾的碱中，从而在平台上留下金岛(gold island)。上述设计可经构建、排列和操作以使得所述平台的所述面积的小于30％被电镀。

[0020]上面描述的本发明的实施方案本质上仅仅是示例性的，因此其变体不应被视为脱离本发明精神和范围。

Claims (17)

1、方法，包括：

提供用于燃料电池双极板的第一衬底，所述第一衬底具有第一面，所述第一面包括由多个平台和至少一个沟道限定在其中的反应气体流场，

在所述平台的多个第一部分上选择性地电镀导电涂层，留下所述平台的多个第二部分未被所述导电涂层覆盖。

2、如权利要求1所述的方法，其中所述导电涂层包括金、钯、铂、铱、银或钌中的至少一种。

3、如权利要求1所述的方法，进一步包括提供电镀系统，所述电镀系统包括容器、和容纳在所述容器中的海绵体、正电极材料和电解液，并使用该电镀系统执行所述电镀。

4、如权利要求3所述的方法，其中所述正电极材料包括金、钯、铂、铱或钌中的至少一种。

5、如权利要求3所述的方法，其中所述容器包括底部和多个侧壁，并且其中所述底部具有穿过其而形成的多个通孔以使得在所述电镀过程中，电镀液经过所述通孔而被选择性地沉积在所述第一衬底的所述平台的多个第一部分上，留下所述平台的多个部分未被覆盖。

6、如权利要求5所述的方法，其中每一个通孔具有范围在约1nm至约100nm的截面面积。

7、如权利要求3所述的方法，其中所述海绵体包括第一表面，所述第一表面具有限定在其中的多个凸起特征并且经构造和设置以使得所述凸起特征接触所述第一衬底的所述平台的多个第一部分，以在其上沉积导电涂层。

8、方法，包括：

提供用于燃料电池双极板的衬底，所述衬底具有由多个平台和至少一个沟道在其第一面中限定的反应性气体流场；提供包括容器的电镀系统，所述容器包括多个侧壁和具有形成在其中的多个通孔的底部，所述容器在其中容纳有正电极、电解液和用于减慢所述电解液流过底部中的通孔的材料；以及使用所述电镀系统在第一衬底的所述平台的多个第一部分上选择性地电镀导电涂层，留下所述平台的多个第二部分未被涂覆，并留下所述至少一个沟道基本上没有所述导电涂层。

9、如权利要求8所述的方法，其中用于减慢所述电解液流过所述底部中的通孔的所述材料包括海绵体。

10、如权利要求8所述的方法，其中所述正电极包括金、钯、铂、铱或钌中的至少一种。

11、如权利要求8所述的方法，其中所述导电材料包括金。

12、如权利要求8所述的方法，其中所述导电涂层是具有至多90Wt％金且余量包括不稳定金属的金合金。

13、如权利要求12所述的方法，其中所述不稳定金属包括锌、镁或铝中的至少一种。

14、如权利要求13所述的方法，其中合金包括反应性组分，并且将所述反应性组分溶解在酸例如硫酸或碱例如氢氧化钠或氢氧化钾中，在所述平台上留下金岛。

15、如权利要求8所述的方法，其中所述海绵体的特征被构造和设置以使得所述板的所述平台的面积的小于30％被电镀。

16、方法，包括：

在燃料电池双极板衬底的多个第一部分上选择性地电镀导电涂层，留下所述衬底的多个第二部分未被所述导电涂层涂覆。

17、如权利要求16所述的方法，其中所述涂层被涂覆在所述双极板的整个平台上。

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