CN106711473A - 用于燃料电池的隔膜及用于制造其的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于燃料电池的隔膜及用于制造其的方法。用于燃料电池的隔膜包括基底层；设置在基底层一侧或两侧的第一金属碳化物涂层；设置在第一金属碳化物涂层之上的金属涂层；以及设置在金属涂层之上的第二金属碳化物涂层。

Description

用于燃料电池的隔膜及用于制造其的方法
技术领域
本公开内容涉及用于燃料电池的隔膜、以及用于制造其的方法。
背景技术
通常，用于车辆燃料电池系统的燃料电池堆包括重复堆叠的部件，如电极膜、隔膜、气体扩散层、以及垫圈，和非重复部件，如堆模块的接合所需的接合系统、用于保护堆的外壳、提供与车辆的接口所需的部件、和高电压连接器。在这样的燃料电池堆中，氢气与空气中的氧气反应生成电、水、和热，其中，高压电、水、和氢气在同一位置共存，因而存在大量的危险因素。
具体地，在燃料电池隔膜的情况下，由于在燃料电池运行过程中生成的正氢离子直接与其接触，所以需要抗腐蚀性能。当使用没有表面处理的金属隔膜时，发生金属腐蚀并且在金属表面上产生的氧化物起电绝缘体的作用，导致电导率的劣化。此外，在那时分解并释放的正金属离子污染膜电极组件(MEA)，导致燃料电池的性能劣化。
当使用碳类隔膜作为燃料电池隔膜时，裂缝产生并可能保留在燃料电池的内部部件中。因此，鉴于其强度和透气性并在可加工性等方面，在形成薄膜中存在困难。
当使用金属隔膜时，虽然由于其优异的延展性其示出有利的可模制性和生产力，并且允许堆的薄膜形成和小型化，但是由于腐蚀会引起MEA的污染，并且由于其表面上氧化膜的形成会引起接触电阻增加，导致堆性能的劣化。因此，对于能够抑制这种表面腐蚀和氧化膜生长的表面处理方法存在需要。
在该背景技术部分中公开的上述信息仅是为了加强对本发明背景的理解，并且因此其可能包含并不形成在这个国家对于本领域普通技术人员而言已经已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明构思的一个方面提供了用于燃料电池的隔膜(隔板，separator)。
本发明构思的另一个方面提供了用于制造用于燃料电池的隔膜的方法。
根据本公开内容的示例性实施方式的用于燃料电池的隔膜包括基底层(基础层，base layer)；设置在基底层一侧或两侧的第一金属碳化物涂层；设置在第一金属碳化物涂层之上的金属涂层；以及设置在金属涂层之上的第二金属碳化物涂层。
第一金属碳化物涂层和第二金属碳化物涂层可以分别包括选自碳化钛、碳化铬(chrome carbide)、碳化钼、碳化钨、碳化铌、碳化钒、或它们的组合的材料。
第一金属碳化物涂层和第二金属碳化物涂层可以两者为碳化钛。
隔膜可以进一步包括设置在金属涂层和第二金属碳化物涂层之间的石墨烯(graphene)或石墨涂层。
石墨烯或石墨涂层的厚度可以小于10nm。
根据本公开内容中的另一个示例性实施方式，制造用于燃料电池的隔膜的方法包括：在基底材料之上形成第一金属碳化物涂层；在第一金属碳化物涂层之上形成金属涂层；以及在金属涂层之上形成第二金属碳化物涂层。
形成第一金属碳化物涂层的步骤可以包括：通过蒸发第一前体产生第一前体气体；将含有前体气体、活性气体(反应气体，reactive gas)、和含碳气体的第一金属碳化物涂层形成气体引入反应室中；以及通过向反应室施加电压将第一金属碳化物涂层形成气体变为等离子态，在基底材料上形成金属碳化物涂层。
形成第二金属碳化物涂层的步骤可以包括：通过蒸发第二前体制造第二前体气体；将含有前体气体、活性气体、和含碳气体的第二金属碳化物涂层形成气体引入反应室中；以及通过向反应室施加电压将第二金属碳化物涂层形成气体变为等离子态在基底材料上形成金属碳化物涂层。
第一前体和第二前体可以分别为选自由化学式1表示的化合物、由化学式2表示的化合物、以及它们的组合的材料：
[化学式1]
在化学式1中，M1表示选自Ti、Cr、Mo、W、或Nb的材料，R1至R3独立地表示取代或未取代的C1至C10烷基，L1至L3独立地是-O-或-S-，并且n表示0或1。
[化学式2]
在化学式2中，M2表示Ti、Cr、Mo、W、或Nb，R1至R3独立地表示取代或未取代的C1至C10烷基，R4至R9独立地选自氢、重氢(氘，heavy hydrogen)、或取代或未取代的C1至C10烷基，并且L4至L6独立地是-O-或-S-。
第一金属碳化物涂层形成气体和第二金属碳化物涂层形成气体可以进一步包括惰性气体和氢气。
第一金属碳化物涂层和第二金属碳化物涂层可以在低于或等于200℃的温度范围形成。
形成金属涂层的步骤可以通过溅射方法(sputtering method)进行。
所述方法可以进一步包括，在形成金属涂层的步骤之后，形成石墨烯或石墨涂层。
根据本公开内容中的示例性实施方式，可以在低温下形成涂层，从而最小化基底材料的变形。
根据本公开内容中的示例性实施方式，可以在低温下形成涂层，从而降低生产成本。
根据本公开内容中的示例性实施方式，可以通过PECVD工艺实施涂层，从而可以形成大量大规模涂层(mass large-scaled coating layer)。
根据本公开内容中的示例性实施方式，可以通过形成金属涂层改善传导性(导电性，conductivity)。
根据本公开内容中的示例性实施方式，形成石墨烯或石墨涂层以防止金属涂层的洗脱(elution)，从而改善涂层的完整性和耐久性。
根据本发明构思的示例性实施方式，形成石墨烯或石墨涂层以改善机械强度和传导性。
附图说明
图1示出了根据本公开内容的一个示例性实施方式的用于燃料电池的隔膜的结构。
图2示出了根据本公开内容中另一个示例性实施方式的用于燃料电池的隔膜的结构。
图3是示出了通过第一示例性实施方式形成的涂层的横截面的SEM照片。
图4是示出了通过第三示例性实施方式形成的涂层的横截面的SEM照片。
图5是比较分别从第一至第四示例性实施方式测量的粘附力的图。
具体实施方式
参照附图根据以下实施方式的描述，本发明及其实现方法的各种优点和特征将变得显而易见。然而，本发明并不限于在本文中阐述的实施方式，而是可以以许多不同的形式实现。可以提供本实施方式使得本发明的公开内容是完整的，并将本发明的范围充分传达至本领域技术人员，并且因此将本公开内容限定在权利要求的范围内。在整个说明书中，相同的参考数字表示相同的元件。
因此，没有详细描述一些示例性实施方式中熟知的技术以避免本公开内容的模糊解释。除非另外定义，否则应当理解说明书中使用的全部术语(包括技术和科学术语)具有与本领域技术人员理解的那些相同的含义。在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则词“包括”以及变体如“包含”或“含有”应当理解为意味着包括所述的要素但不排除任何其他要素。此外，除非相反地明确说明，否则本说明书中的单数形式包括复数形式。
在说明书中，除非单独定义，否则术语“取代”是指用以下取代的取代基取代：C1至C30烷基基团；C1至C10烷基甲硅烷基基团；C3至C30环烷基基团；C6至C30芳基基团；C2至C30杂芳基基团；C1至C10烷氧基基团；氟基团；C1至C10三氟烷基基团，如三氟甲基基团；或氰基基团。
如在本文中使用的，除非另外定义，否则“它们的组合”是指两种或更多种取代基通过连接基团彼此结合，或两种或更多种取代基通过缩合彼此结合。
如在本文中使用的，除非另外定义，否则“烷基基团”包括不具有烯烃或炔烃基团的“饱和烷基基团”；或具有至少一个烯烃或炔烃基团的“不饱和烷基基团”。“烯烃基团”是指具有通过至少一个碳-碳双键彼此结合的至少两个碳原子的取代基，并且“炔烃基团”是指具有通过至少一个碳-碳三键彼此结合的至少两个碳原子的取代基。烷基基团可以是支链的、直链的、或环状的。
烷基基团可以是C1至C20烷基基团，更具体地，C1至C6低级烷基基团、C7至C10中级烷基基团、或C11至C20高级烷基基团。
例如，C1至C4烷基基团是指其烷基链中具有1至4个碳原子的烷基基团，且选自由甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、和叔丁基组成的组。
典型的烷基基团包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。
图1示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于燃料电池的隔膜的结构。
参考图1，根据本发明构思的示例性实施方式的用于燃料电池的隔膜包括设置在基底层10的一侧或侧边(侧面，lateral side)的第一金属碳化物涂层20，设置在第一金属碳化物涂层20之上的金属涂层30，以及第二金属碳化物涂层40。
基底层10可以由不锈钢、钛、镍、或铝制成。
此外，第一金属碳化物涂层20和第二金属碳化物涂层40可以包括选自碳化钛、碳化铬、碳化钼、碳化钨、碳化铌、碳化钒、或它们的组合的材料。
第一金属碳化物涂层20和第二金属碳化物涂层40可以为碳化钛(TiC)。
第一金属碳化物涂层20和第二金属碳化物涂层40有助于改善用于燃料电池的隔膜的传导性和耐腐蚀性。
第一金属碳化物涂层20的厚度可以为约100nm至约1000nm。当第一金属碳化物涂层20的厚度小于约100nm时，可能劣化涂层的粘附力，或可能发生界面分离。虽然第一金属碳化物涂层20的厚度不存在限制，但是如果厚度超过1000nm，则可能劣化第一金属碳化物涂层20的传导性。
此外，第二金属碳化物涂层40的厚度可以为约70nm至约200nm。当第二金属碳化物涂层40的厚度小于约70nm时，由于存在于其中的间隙可能影响涂层的腐蚀。当第二金属碳化物涂层40的厚度超过200nm时，可能劣化涂层的传导性。
此外，在形成金属碳化物层时可以加入含碳气体，使得第一或第二金属碳化物层20或40中的碳，参考整个涂层的原子％，可以大于或等于30原子％。此外，整个涂层中的TiC组合可以大于或等于15％。当TiC组合大于或等于15％时，其意味着，基于涂层化合物的总％，涂层化合物具有15％的TiC。
金属涂层30可以包括选自Cu、Ni、W、Co、Fe、Ru、Ir、Pd、Pt、或它们的组合的材料。
金属涂层30可以防止第一金属碳化物涂层的过度生长并且有助于改善传导性。
金属涂层30的厚度可以在100nm至1000nm之间。当金属涂层的厚度小于100nm时，可能不容易形成石墨烯。金属涂层的厚度没有具体限制，但是当厚度超过1000nm时，生产成本增加。
图2示出了根据本公开内容中另一个示例性实施方式的用于燃料电池的隔膜的结构。
参考图2，根据另一个实施方式的用于燃料电池的隔膜还包括设置在上述金属涂层30和上述第二金属碳化物涂层40之间的石墨烯或石墨涂层50。
石墨烯或石墨涂层50改善第二金属碳化物40和金属涂层30之间的粘附力，从而改善机械强度。
此外，石墨烯或石墨涂层50的厚度可以小于或等于10nm。当石墨烯或石墨涂层50的厚度超过10nm时，可能劣化涂层的柔性和传导性。
此外，石墨烯或石墨涂层50的厚度不存在具体的最小限制，但是厚度可以大于或等于2nm。当石墨烯或石墨涂层50的厚度小于2nm，可能不会表现出石墨烯的传导特性。
在下文中，将描述根据本公开内容的示例性实施方式的制造用于燃料电池的隔膜的方法。
根据本示例性公开内容中的示例性实施方式的制造用于燃料电池的隔膜的方法可以包括：在基底材料的上部形成第一金属碳化物涂层20，在第一金属碳化物涂层20的上部形成金属涂层30，以及在金属涂层30的上部形成第二金属碳化物涂层40。
形成第一金属碳化物涂层20和第二金属碳化物涂层40的步骤可以通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法进行。
更具体地，形成第一金属碳化物涂层20的步骤可以包括：通过蒸发第一前体制造前体气体，将包括前体气体、活性气体、和含碳气体的第一金属碳化物涂层形成气体引入反应室中，以及通过向反应室施加电压将第一金属碳化物涂层形成气体变为等离子态，在基底材料上形成金属碳化物涂层。
形成第二金属碳化物涂层40的步骤可以包括：通过蒸发第二前体制造第二前体气体，将包括前体气体、活性气体、和含碳气体的第二金属碳化物涂层形成气体引入反应室中，以及通过向反应室施加电压将第二金属碳化物涂层形成气体变为等离子态，在基底材料上形成金属碳化物涂层。
第一前体和第二前体可以是独立地选自由化学式1表示的化合物、由化学式2表示的化合物、以及它们的组合的材料。
[化学式1]
在化学式1中，M1表示选自Ti、Cr、Mo、W、或Nb的材料，R1至R3独立地表示取代或未取代的C1至C10烷基，L1至L3独立地表示-O-或-S-，并且n表示0或1。
C1至C10烷基可以示例性地包括选自由甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、仲丁基、或叔丁基组成的组中的材料。
[化学式2]
在化学式中，M2表示Ti、Cr、Mo、W、或Nb；
R1至R3独立地表示取代或未取代的C1至C10烷基；R4至R9独立地选自氢、重氢、和取代或未取代的C1至C10烷基，并且L4至L6独立地表示-O-或-S-。
C1至C10烷基可以是选自由甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、和叔丁基组成的组中的材料。
第一前体和第二前体可以是独立地选自由化学式3表示的化合物、由化学式4表示的化合物、以及它们的组合中的材料。
[化学式3]
CpTi(O-iPr)3
[化学式4]
(Me3Si)3NTi(O-iPr)3
此处，Cp表示由化学式5表示的取代基，并且iPr表示异丙基。
[化学式5]
活性气体可以是NH3、H2、或N2。
含碳气体可以选自C2H2、CH4、C6H12、C7H14、或它们的组合。
第一金属碳化物涂层形成气体和第二金属碳化物涂层形成气体可以进一步包括用于支持沉积的惰性气体。惰性气体可以是He或Ar。
第一金属碳化物涂层和第二金属碳化物涂层可以在低于或等于200℃的温度范围进行。当温度范围超过200℃时，隔膜的基底材料可能变形。
此外，虽然温度范围不存在具体限制，但是沉积可以在室温以上的温度进行。
根据本公开内容中的另一个示例性实施方式，制造用于燃料电池的隔膜的方法包括：在隔膜的一侧或侧边中形成第一金属碳化物涂层20，在第一金属碳化物涂层20之上形成金属涂层30，并且然后可以形成石墨烯或石墨涂层。
已经描述了用于形成第一金属碳化物涂层和金属涂层的方法，并且因此不提供进一步的描述。
可以通过CVD或PECVD方法形成石墨烯或石墨涂层。因为用于生长石墨烯或石墨的方法是本领域技术人员众所周知的，所以不提供进一步的描述。
在形成石墨烯或石墨涂层之后，形成第二金属碳化物涂层。在这种情况下，已经描述了用于形成第二金属碳化物涂层的方法，并且因此不提供进一步的描述。
在下文中，将详细描述实施例。然而，以下实施例是本公开内容的实例，并且因此本公开的内容不限于此。
实施例1
<第一金属碳化物涂层的制造>
蒸发含有由化学式CpTi(O-iPr)3表示的化合物的第一前体以制造前体气体。
作为基底材料，制备JIS标准SUS316L不锈钢。将基底材料用乙醇和丙酮洗涤以去除基底材料表面中的外来物质。
然后，将第一前体气体，NH3 100sccm、C2H2 20sccm、和Ar 100sccm注入反应室中。在此情况下，将反应室中的压力维持为约0.5托。然后，将600V的电压施加于反应室以将气体变为等离子态，并将等离子态气体沉积至基底材料，从而形成具有300nm厚度的第一TiC涂层。
<金属涂层的制造>
在形成第一金属碳化物涂层之后，制备Cu靶并使用溅射方法形成具有500nm厚度的Cu涂层。
<第二金属碳化物涂层的制造>
将由化学式CpTi(O-iPr)3表示的化合物用作第二前体，并且使用与形成第一TiC涂层相同的条件形成具有200nm厚度的第二TiC涂层。
图3示出了通过实施例1形成的涂层的横截面的SEM照片。
作为X射线光电子能谱(XPS)深度剖面分析的结果，在第一TiC涂层中整个涂层中C的重量为37原子％，并且在第二TiC涂层中整个涂层中C的重量为31原子％。
实施例2
除了使用由化学式(Me3Si)3NTi(O-iPr)3表示的化合物作为第一前体和第二前体之外，在与实施例1相同的条件下制备用于燃料电池的隔膜。
作为X射线光电子能谱(XPS)深度剖面分析的结果，在第一TiC涂层中整个涂层中C的重量为18原子％，并且在第二TiC涂层中整个涂层中C的重量为13原子％。
实施例3
使用与实施例1相同的条件形成第一TiC涂层和Cu涂层。
然后，使用CVD方法形成具有8nm厚度的石墨烯层。
然后，在与实施例1相同的条件下形成第二TiC涂层。
实施例4
使用与实施例2相同的条件形成第一TiC涂层和Cu涂层。
然后，使用CVD方法形成具有8nm厚度的石墨烯层。
然后，在与实施例2相同的条件下形成第二TiC涂层。
比较例1
作为比较例1，在与实施例1相同的条件下制造第一TiC涂层。
比较例2
作为比较例2，在与实施例2相同的条件下制造第一TiC涂层。
实验例1：薄层电阻(sheet resistance)的测量
使用四点探针，在分别于实施例1至实施例4和比较例1至比较例2中制造的用于燃料电池的隔膜中测量薄层电阻。
[表1]
比较例1 1.6kΩ 示例性 实施方式1 600Ω 示例性 实施方式3 35Ω
比较例2 214MΩ 示例性 实施方式2 1MΩ 示例性 实施方式4 920Ω
实验例2：耐腐蚀性的测量
通过动电位极化测试(potentiodynamic polarization test)(使用Pt作为对电极并且使用网格类型(mesh type)用于表面区域的扩展(expansion))测量通过实施例1至实施例4和比较例1至比较例2制造的用于燃料电池的隔膜的耐腐蚀性。
[表2]
比较例1 -0.247V 实施例1 -0.121V 实施例3 0.081V
比较例2 -0.148V 实施例2 -0.081V 实施例4 0.211V
实验例3：粘附力的测量
使用ISO 20502标准刮痕测试方法测量实施例1至实施例4的粘附力，并且测试的结果示出在图5的图中。
参考图3，与实施例1相比，其中包括石墨烯涂层的实施例3的粘附力提高了41.4％，而与实施例2相比，其中包括石墨烯涂层的实施例4的粘附力提高了37.5％。
实验例4
使用如表3中所示的不同厚度制备第二TiC涂层。其他用于形成第二TiC涂层的条件与实施例1的那些相同。
[表3]
厚度(nm) 薄层电阻(Ω) 耐腐蚀性(sce/0.6V)
9 42280 15.7
27.3 3830 16.4
48.1 673 10.2
65.8 841 5.82
72.3 756 3.64
120.1 563 2.94
191.7 661 2.65
252.4 1022 2.45
371.2 1215 1.84
1036.2 1613 1.12
参考表3，当第二金属碳化物涂层具有70nm至200nm的厚度时，第二金属碳化物涂层具有优异的薄层电阻以及优异的耐腐蚀性。
虽然上面描述了本公开内容中的示例性实施方式，但本领域技术人员应该理解的是，本公开内容可以以各种方式实施而不改变精神或必要特征。
因此，上述实施方式仅是示例性的并且不应当解释为在任何方面为限制性的。本发明的范围并不是由上面的描述确定，而是由所附权利要求确定，并且由权利要求的精神、范围以及等同物的所有改变或修改，应该解释为包括在本公开内容的范围内。

Claims (20)

1.一种用于燃料电池的隔膜，包括：
基底层；
设置在所述基底层一侧或两侧的第一金属碳化物涂层；
设置在所述第一金属碳化物涂层之上的金属涂层；以及
设置在所述金属涂层之上的第二金属碳化物涂层。
2.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述第一金属碳化物涂层和所述第二金属碳化物涂层分别包含选自碳化钛、碳化铬、碳化钼、碳化钨、碳化铌、碳化钒、或它们的组合的材料。
3.根据权利要求2所述的隔膜，其中，所述第一金属碳化物涂层和所述第二金属碳化物涂层两者为碳化钛。
4.根据权利要求2所述的隔膜，其中，所述金属涂层包含选自Cu、Ni、W、Co、Fe、Ru、Ir、Pd、Pt、或它们的组合的材料。
5.根据权利要求2所述的隔膜，其中，所述第一金属碳化物涂层的厚度为100nm至1000nm。
6.根据权利要求5所述的隔膜，其中，所述金属涂层的厚度为100nm至1000nm。
7.根据权利要求6所述的隔膜，其中，所述第二金属碳化物涂层的厚度为70nm至200nm。
8.根据权利要求1所述的隔膜，进一步包括设置在所述金属涂层和所述第二金属碳化物涂层之间的石墨烯或石墨涂层。
9.根据权利要求8所述的隔膜，其中，所述石墨烯或石墨涂层的厚度小于10nm。
10.一种制造用于燃料电池的隔膜的方法，包括：
在基底材料之上形成第一金属碳化物涂层；
在所述第一金属碳化物涂层之上形成金属涂层；以及
在所述金属涂层之上形成第二金属碳化物涂层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述形成第一金属碳化物涂层的步骤包括：
通过蒸发第一前体产生第一前体气体；
将含有所述第一前体气体、活性气体、和含碳气体的第一金属碳化物涂层形成气体引入反应室中；以及
通过向所述反应室施加电压将所述第一金属碳化物涂层形成气体变为等离子态，在基底材料上形成所述第一金属碳化物涂层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述形成第二金属碳化物涂层的步骤包括：
通过蒸发第二前体制备第二前体气体；
将含有所述第二前体气体、活性气体、和含碳气体的第二金属碳化物涂层形成气体引入反应室中；以及
通过向所述反应室施加电压将所述第二金属碳化物涂层形成气体变为等离子态，在所述基底材料上形成所述第二金属碳化物涂层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一前体和所述第二前体分别为选自由化学式1表示的化合物、由化学式2表示的化合物、以及它们的组合的材料：
[化学式1]
其中，M1表示选自Ti、Cr、Mo、W、或Nb的材料，
R1至R3独立地表示取代或未取代的C1至C10烷基，
L1至L3独立地是-O-或-S-，并且n表示0或1
[化学式2]
其中，M2表示Ti、Cr、Mo、W、或Nb；
R1至R3独立地表示取代或未取代的C1至C10烷基，
R4至R9独立地选自氢、重氢、或取代或未取代的C1至C10烷基，并且
L4至L6独立地是-O-或-S-。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一前体和所述第二前体分别为选自由化学式3表示的化合物、由化学式4表示的化合物、以及它们的组合的材料
[化学式3]
CpTi(O-iPr)3
[化学式4]
(Me3Si)3NTi(O-iPr)3，
其中，Cp表示由化学式5表示的取代基，并且iPr表示异丙基
[化学式5]
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述活性气体是NH3、H2、或N2。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述含碳气体选自C2H2、CH4、C6H12、C7H14、或它们的组合。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一金属碳化物涂层形成气体和所述第二金属碳化物涂层形成气体进一步包括惰性气体和氢气。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一金属碳化物涂层和所述第二金属碳化物涂层在低于或等于200℃的温度范围形成。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述形成金属涂层的步骤通过溅射方法进行。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括，在所述形成金属涂层的步骤之后，形成石墨烯或石墨涂层。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030228510A1 (en) * 2002-06-05 2003-12-11 Hiromichi Nakata Separator of a fuel cell and a manufacturing method thereof
US20040082171A1 (en) * 2002-09-17 2004-04-29 Shin Cheol Ho ALD apparatus and ALD method for manufacturing semiconductor device
US20110275215A1 (en) * 2008-02-27 2011-11-10 Gatineau Satoko Method for forming a titanium-containing layer on a substrate using an atomic layer deposition (ald) process
CN102473935A (zh) * 2009-08-03 2012-05-23 新日本制铁株式会社 固体高分子型燃料电池隔膜用钛材及其制造方法
CN104064793A (zh) * 2013-03-18 2014-09-24 中国科学院大连化学物理研究所 一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5800878A (en) * 1996-10-24 1998-09-01 Applied Materials, Inc. Reducing hydrogen concentration in pecvd amorphous silicon carbide films

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030228510A1 (en) * 2002-06-05 2003-12-11 Hiromichi Nakata Separator of a fuel cell and a manufacturing method thereof
US20040082171A1 (en) * 2002-09-17 2004-04-29 Shin Cheol Ho ALD apparatus and ALD method for manufacturing semiconductor device
US20110275215A1 (en) * 2008-02-27 2011-11-10 Gatineau Satoko Method for forming a titanium-containing layer on a substrate using an atomic layer deposition (ald) process
CN102473935A (zh) * 2009-08-03 2012-05-23 新日本制铁株式会社 固体高分子型燃料电池隔膜用钛材及其制造方法
CN104064793A (zh) * 2013-03-18 2014-09-24 中国科学院大连化学物理研究所 一种碱性阴离子交换膜燃料电池膜电极的制备方法

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