CN116472625A - 燃料电池金属双极板的耐久性的提高 - Google Patents
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Abstract
一种金属双极板(8、10)，其具有涂覆有一覆盖层(58)的一主体。所述覆盖层(58)可以包括一石墨基化合物(60)。所述覆盖层(58)还可以包括导电氧化物。所述导电氧化物可以包括选自由RuIrOx(富Ru)、IrRuOx(富Ir)、RuOx、NbOx、IrOx及其组合所组成的列表的成分。
Description
相关申请
本申请案主张2020年9月28日提交的美国临时申请案第63/084,213号和2020年9月28日提交的美国临时申请案第63/084,232号的优先权。上述申请案的全部公开内容通过引用并入本文。
发明领域
本公开内容涉及燃料电池，并且更具体地涉及用于燃料电池中的双极板。
背景技术
本节提供与本公开内容相关的背景信息，其不一定是现有技术。
传统上，电力可以使用化石燃料发电。然而，大多数科学家一致认为，化石燃料发电产生的污染物和温室气体排放量占世界温室气体排放的很大一部分；在美国，发电量占排放量的近40％，是所有来源中最大的。因此，消费者和公众对其他发电方法感兴趣，这些方法可以防止化石燃料发电产生的气体排放。几种不同的发电方法已经被提出作为可能的替代方法，例如核能、地热能、风能、潮汐能和太阳能。在提议的技术中，燃料电池可能为取代化石燃料提供了最具吸引力的解决方案。燃料电池已被提议作为清洁、高效和对环境负责的电源，用于各种行业，包括制造中心、家庭和电动汽车等应用。
燃料电池的一个范例是一质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)燃料电池。所述PEM燃料电池包括一膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)，所述膜电极组件具有薄的固体聚合物或复合膜，其具有设置在所述膜的相对面上的阳极层和阴极层(每个包括一触媒)。所述膜可以包括一离聚物并且对质子可以是可渗透的。所述MEA可以被设置在一对多孔导电材料之间，也被称为气体扩散介质，其将气体反应物，例如氢气分配到所述阳极层，将氧气或空气分配到所述阴极层。所述氢反应物被引入所述阳极，在那里它在触媒(catalyst)的存在下进行电化学反应以产生电子和质子。所述电子通过设置在阳极和阴极之间的一电路从阳极传导到阴极，例如，电路可以包括诸如一电动机之类的一电负载。同时，所述质子穿过所述膜到达所述阴极，在那里一氧化剂，如氧气或空气，在触媒存在下进行电化学反应，以产生氧阴离子。所述氧阴离子与所述质子反应形成作为反应产物的水。
所述PEM燃料电池的MEA被夹设在一对导电双极板之间，所述导电双极板用作阳极层和阴极层的集电器。所述双极板可以容纳流体并将流体引入燃料电池、在燃料电池内和从燃料电池中引出，并将流体(例如，包括氢气和氧气或空气的反应流体、冷却剂)分配到操作所需的燃料电池区域。此外，双极板可以为扩散介质、膜、密封件等提供结构支撑。双极板的附加功能可以包括燃料电池堆中的燃料电池之间的密封、传导燃料电池内的反应形成的热量，以及重要的是传导燃料电池反应产生的电力。
尽管燃料电池为化石燃料发电提供了一种很有前途的替代方案，但应用燃料电池技术来制造优化的燃料电池已被证明是困难的。例如，金属双极板在性能、重量、厚度和易于制造方面比石墨双极板具有许多优势。然而，当金属双极板暴露在水中时，可能会腐蚀，导致在达到所需寿命之前性能下降；例如，对于重载应用，燃料电池部件通常可以达到25,000小时以上的耐久性目标。
提高金属双极板耐久性的一种方法是用一覆盖层涂层涂覆所述金属双极板。这种覆盖层涂层可以保持所述双极板的导电性，同时防止所述双极板的表面受到表面氧化物的钝化，其中钝化会不希望地增加所述板的电阻。然而，如果所述覆盖层涂层具有针孔、划痕或其他缺陷，则暴露的金属基底在暴露于水中时可能受到侵蚀并形成局部腐蚀。不希望的是，局部腐蚀会传播穿过所述双极板的金属基底并对所述板的性能产生负面影响。
因此，持续需要一种在导电的同时具有增加的耐久性的金属双极板。理想的是，所述金属双极板将表现出固有的化学、电化学和耐腐蚀性。
发明内容
与本公开内容一致，出人意料地发现了一种金属双极板，所述金属双极板在导电的同时具有增加的耐久性，并且提供固有的化学、电化学和耐腐蚀性。
在一实施例中，金属双极板具有一主体。所述主体可以包括一覆盖层。所述主体可以涂覆有所述覆盖层。所述覆盖层可以包括导电氧化物和一石墨基化合物。所述导电氧化物可以包括钌(ruthenium,Ru)、铱(iridium,Ir)、铌(niobium,Nb)及其组合的一种或多种氧化物。这样的氧化物可以包括选自由RuIrOx(富Ru)、IrRuOx(富Ir)、RuOx、NbOx、IrOx及其组合所组成的群组的成分。
在另一个实施例中，所述金属双极板具有一主体。所述主体可以具有一第一覆盖层和一第二覆盖层。所述主体可以涂覆有所述第一覆盖层。所述第一覆盖层可以涂覆有所述第二覆盖层。所述第一覆盖层可以包括一石墨基化合物。所述第二覆盖层可以包括导电氧化物。所述导电氧化物可以包括选自由RuIrOx(富Ru)、IrRuOx(富Ir)、RuOx、NbOx、IrOx及其组合所组成的群组的成分。
根据在此提供的描述，可用性的进一步范围将变得明显。要理解的是，所述说明和具体实施例仅仅是为了例举的目的，而不是意图限制当前的公开内容的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅出于对选择的实施方式而非所有可能的实现方式进行说明的目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
图1示出了一PEM燃料电池堆的示意性分解透视图，为了简单起见，仅示出了具有单个金属双极板组件的两个燃料电池，其中所述金属双极板是根据本技术而被构造的；
图2是图1的所述双极板的侧视图，其示出了根据本技术所构造的金属双极板的一实施例；
图3是图1的所述双极板的侧视图，其示出了根据本技术所构造的金属双极板的另一实施例；以及
图4是示出根据本技术生产所述双极板的步骤的流程图。
具体实施方式
以下对技术的描述在一个或多个发明的主题、制造和使用的性质上仅是示例性的，并且不意欲限制在本发明申请或在可以提交要求本发明申请的优先权的这些其它专利申请或者由此授权的专利中要求保护的任何特定发明的范围、应用或使用。除非另外明确表示，否则对于所公开的方法，所呈现的步骤的顺序在本质上是示例性的，并因此在多个实施方式中，步骤的顺序可以不同，包括其中可以同时进行某些步骤。如本文所使用的“一个”表示存在“至少一个”物品；如果可能，可以存在多个这种物品。除非另外明确指出，否则本说明书中的所有数字量应被理解为由词语“约”修饰，并且在描述本技术的最宽范围时，所有几何和空间描述语将被理解为由词语“基本上”修饰。当应用于数值时，“约”表示计算或测量允许该值存在一些轻微的不精确性(某种程度地接近值的精确性；适当或合理地接近该值；几乎)。如果出于某种原因，由“约”和/或“基本上”所提供的不精确性在本领域中没有另外地以该常规含义理解，则如本文所使用的“约”和/或“基本上”至少表示可以由测量或使用这些参数的常规方法所引起的变化。
尽管在本文中使用开放式术语“包括”作为如包括、含有或具有的非限制性术语的同义词来描述和主张本发明技术的实施方式，但是作为另外一种选择，可以使用如“由...组成”或“基本由...组成”的更限制性的术语来描述实施方式。因此，对于列举材料、部件或方法步骤的任何给定的实施方式，本发明技术还具体地包括由这些材料、部件或方法步骤组成或基本由其组成的实施方式，这些材料、部件或方法步骤不包括其它材料、部件或方法(由……组成)并且不包括影响实施方式的显着特性的其它材料、部件或方法(基本上由……组成)，即使在本发明申请中没有明确列举这些其它材料、部件或方法。例如，列举元件A、B和C的组合物或方法的叙述具体设想了由A、B和C组成以及基本由其组成的实施方式，其不包括可以在本领域中列举的元件D，即使元件D未明确描述为不包括在本文中。
如本文所提及的，除非另有规定，否则范围的公开包括端点，并且包括所有不同的值和在整个范围内进一步划分的范围。因此，例如，“从A至B”或“从约A至约B”的范围包括A和B。特定参数(如量、重量百分比等)的值和值的范围的公开不排除在本文中有用的其它值和值的范围。据设想给定参数的两个或更多个特定示例值可以限定可以为参数要求保护的值的范围的端点。例如，如果参数X在本文中被示例为具有值A并且也被示例为具有值Z，则据设想参数X可以具有从约A至约Z的值的范围。类似地，据设想参数的值的两个或更多个范围(无论这些范围是嵌套的(nest)、重叠的还是不同的)的公开包含可以使用所公开的范围的端点要求保护的值的范围的所有可能的组合。例如，如果参数X在本文中示例为具有在1-10或2-9或3-8的范围内的值，则还设想参数X可以具有其它范围的值，包括1-9、1-8、1-3、1-2、2-10、2-8、2-3、3-10、3-9等。
燃料电池可以包括夹着一膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)的一对双极板，其中可以提供某些垫圈和/或气体扩散层以优化反应物分布和定位。包括两个燃料电池的燃料电池堆的一般结构的非限制性范例被显示在图1中，其中单个燃料电池的表示被显示在图2-3中。然而，应当理解，在本公开内容的范围内，本领域技术人员可以使用具有不同结构的一个或多个燃料电池。
所述双极板可以被配置为围绕各自的MEA，并且可以用于通过将多个燃料电池的多个MEA堆叠在彼此顶上或相邻来串联连接多个MEA，以提供期望的输出电压。所述双极板是导电的，并且可以由包括但不限于钛和不锈钢、碳及其复合材料的金属来制造。这些双极板提供电池之间的导电性，并为电池堆提供物理强度。应当理解，本领域技术人员可以根据需要使用不同的双极板。
所述双极板的每一个还可以包括一主体。所述主体可以具有一反应物流场。所述流场可以包括一组被加工或冲压到所述板中的通道，以允许反应流体(例如氢气和空气或氧气)被分配到所述MEA。应当理解，在本公开内容的范围内，本领域技术人员可以使用不同类型的反应物流场。
所述双极板还可以包括一覆盖层。所述覆盖层可以被施加于所述双极板的一部分或整个双极板。所述覆盖层可以被配置为高度导电，同时还提供化学、电化学和耐腐蚀性。所述覆盖层可以包括非均匀的组合物或混合物。所述混合物可以基于石墨基化合物和过渡金属氧化物。所述石墨基化合物可以包括石墨基氧化物、石墨烯氧化物、石墨烯及其组合。所述过渡金属氧化物可以包括钌(ruthenium,Ru)和铱(iridium,Ir)的一种或多种氧化物及其表面修饰的变体。过渡金属氧化物的范例包括但不限于RuIrOx(富含Ru)、IrRuOx(富含Ir)、RuOx/NbOx和IrOx/NbOx及其表面修饰的变体及其组合。然而，应当理解，在本公开内容的范围内，本领域技术人员可以选择不同的氧化物和组合物作为所述覆盖层。
所述覆盖层包括包含一石墨基化合物和一过渡金属氧化物的混合物，以保持导电性，同时提供耐腐蚀性。所述过渡金属氧化物可以与所述板上存在的任何水相互作用，并且可以防止局部腐蚀，即使所述石墨基化合物覆盖层具有制造缺陷，例如针孔、划痕或任何其他缺陷。理想地，所述非均匀组合物可以提供耐腐蚀性，而不需要额外的钝化，从而使生产变得容易。所述过渡金属氧化物提供耐腐蚀性，因为它们可以与涂层的水反应以防止局部腐蚀。此外，在燃料电池经历高电势(例如大于1.4V)的情况下，所述导电氧化物可以电解水。
或者，双极板可以具有一第一覆盖层和一第二覆盖层。这些覆盖层可以施加到所述双极板的一部分或整个双极板。所述第一覆盖层可以包括一石墨基化合物。所述第二覆盖层可以包括导电氧化物，例如过渡金属氧化物。更具体地，所述主体包括一第一覆盖层，所述第一覆盖层可以包括一石墨基化合物。所述石墨基化合物可以包括石墨基氧化物、石墨烯氧化物、石墨烯及其组合。理想地，所述石墨烯可以作为一钝化层，同时保持导电性。应当理解的是，可以选择其他材料作为所述第一覆盖层。
所述第一覆盖层可以涂覆有所述第二覆盖层。所述第二覆盖层可以包括导电氧化物。在特定范例中，所述导电氧化物包括一过渡金属氧化物。所述过渡金属氧化物可以包括钌(ruthenium,Ru)和铱(iridium,Ir)的一种或多种氧化物及其表面修饰的变体。过渡金属氧化物的范例包括但不限于RuIrOx(富含Ru)、IrRuOx(富含Ir)、RuOx/NbOx和IrOx/NbOx及其表面修饰的变体及其组合。应当理解，本领域技术人员可以根据需要选择其他导电氧化物。期望地，所述导电氧化物可以允许所述第二覆盖层具有固有的化学、电化学和耐腐蚀性。当所述双极板的第一覆盖层中存在划痕或缺陷时，这可以允许所述第二覆盖层防止在所述双极板之一中形成腐蚀。此外，在燃料电池经历高电势(例如大于1.4V)的情况下，所述导电氧化物可以电解水。
在一些实施例中，多个石墨基化合物覆盖层和过渡金属氧化物覆盖层被施加于所述双极板。可被包括的覆盖层的数量可以通过本领域技术人员进行优化。此外，所述覆盖层可以被交替顺序施加，使得没有两个类似的层彼此相邻。换言之，所述石墨基覆盖层以重复的方式与所述过渡金属氧化物覆盖层交替，直到已经施加了所需量的覆盖层。可替换地，所述覆盖层可以通过在彼此之上施加多个类似的覆盖层来施加。换句话说，可以在施加不同的覆盖层之前施加多个石墨基覆盖层或过渡金属氧化物覆盖层。这可以被重复进行，直到已经施加了期望量的覆盖层为止。
在一些实施例中，所述覆盖层也被施加于所述燃料电池内的不同金属部件。理想的是，所述覆盖层可以防止在这些部件中形成的腐蚀，同时保持所述金属部件的导电性。应当理解，在本公开内容的范围内，本领域技术人员可以选择不同的氧化物和组成作为所述覆盖层。
可以相对于所述燃料电池的双极板和MEA来设置各种垫圈。所述垫圈可以被配置为在所述燃料电池的某些部分处提供流体密封。所述垫圈可以由弹性体或聚合物或任何其他适合形成流体密封的材料来制成。应当理解，在本公开内容的范围内，本领域技术人员可以使用不同的垫圈。
所述MEA可以包括一膜以及包含一种或多种触媒的电极层。所述电极层(例如阳极层和阴极层)可以包括一种或多种相同或不同的触媒。所述膜可以包括一质子交换膜(也称为聚合物电解质膜)，其可以包括一种或多种离聚物。所述膜可以被配置为传导质子，同时充当一电绝缘体和反应物屏障；例如防止氧气和氢气的通过。应当理解，本领域技术人员可以根据需要为所述膜选择其他类型的膜。所述膜可以设置在两个触媒层之间，所述触媒层可以包括具有嵌入其中的一种或多种触媒的各种材料。本领域技术人员可以根据需要选择其他类型的膜以使用在所述MEA中。
所述膜可以被配置为一离子交换树脂膜。这种离子交换树脂在其聚合物结构中包括离子基团，其中一种离子组分被聚合物基质固定或保留，并且至少一种其他离子组分是与固定组分静电结合的一可移动可更换离子。所述可移动离子在适当条件下被其他离子取代的能力赋予了这些材料离子交换特性。
所述离子交换树脂可以通过聚合成分的混合物来制备，其中一种成分含有一离子成分。一大类阳离子交换、质子导电树脂是所谓的磺化聚合物阳离子交换树脂。在磺化聚合物膜中，阳离子交换基团可以包括共价连接到聚合物骨架上的水合磺酸基。
这样的离子交换树脂可以形成膜或片。范例包括磺化含氟聚合物电解质，其中所述膜结构具有离子交换特性，并且所述聚合物具有一氟化骨架结构。这种磺化氟化质子传导膜的商业范例包括可从E.I.Dupont de Nemours&Co.(商品名称为NAFION)获得的膜。另一种这样的磺化氟化离子交换树脂由陶氏化学公司(Dow Chemical)出售。
所述膜可以被设置在包括一阳极层和一阴极层的至少两个电极层之间。所述电极层可以各自包括一种或多种类型的触媒，其中某些实施例可以包括设置在一高表面积碳载体(Pt/C)上的铂(platinum,Pt)的颗粒。然而，其他贵族金属也可以被使用于所述触媒。所述Pt/C可以与一离子传导聚合物(例如离聚物)混合并被设置在所述膜和所述气体扩散层之间。所述阳极层使氢分子能够离解成质子和电子。所述阴极层通过与阳极产生的质子反应而产生水，从而实现氧还原。混合到触媒层中的离聚物可以允许质子穿过这些层。
同时仍然参考图1，所述燃料电池可以具有一阳极侧和一阴极侧。在所述阳极侧，触媒可以使燃料发生氧化反应，从而产生离子(例如带正电的氢离子)和电子。所述离子可以通过电解质从阳极移动到阴极。同时，电子可以通过一外部电路从阳极流到阴极，产生直流电。在所述阴极侧，另一种触媒可以引起离子、电子和氧气反应，从而形成水或其他副产物。
一气体扩散层(gas diffusion layer,GDL)可以被设置在所述电极层的每一个(例如，阳极层和阴极层)的外部，并且可以有助于将反应流体输送到相应的电极层，以及有助于去除反应产物，例如水。所述气体扩散层每一个都可以由碳纸片构成，其中碳纤维部分涂覆有聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)。反应流体(如氢气和氧气或空气)可以通过所述气体扩散层中的孔隙扩散。所述气体扩散层可以涂覆有与PTFE混合的高表面积碳的一薄层，其可以被称为一微孔层。所述微孔层可用于在保水性(根据需要保持膜的导电性)和除水性(按照需要保持孔隙打开，使得氢气和氧气可以扩散到相应的电极中)之间调节所需的平衡。应当理解，在本公开内容的范围内，本领域技术人员可以选择其他类型的气体扩散层。还应当理解的是，所述气体扩散层可以被结合到所述电极层中。
一种产生本公开的双极板的方法100总体上在图4中示出，并且可以从形成要施加到一双极板的覆盖层102开始。所述双极板可以由诸如钛或不锈钢之类的金属形成。然后可以用一覆盖层涂覆所述双极板，而不需要钝化。将所述覆盖层施加于所述双极板或在所述双极板上形成所述覆盖层可以包括所述覆盖层被设置在所述双极板的一个或多个离散部分(例如，所述双极板面对所述燃料电池的活性区域或所述MEA的电极的部分)上，或者所述覆盖层可以被施加于整个双极板。所述覆盖层可以被形成为一单层，所述单层包括一石墨基化合物(例如石墨烯和/或氧化石墨烯)和一种或多种过渡金属氧化物的组合。
所述覆盖层可以通过将所述石墨基化合物和一种或多种过渡金属氧化物分散到水和醇的混合物中而形成，醇的浓度取决于所使用的石墨基化合物及过渡金属氧化物，并且可以由本领域技术人员进行优化。一旦形成所述覆盖层，就可以使用多种技术中的任何一种来施加所述覆盖层，这些技术包括但不限于超声波喷涂、化学气相沉积和浸涂技术。然而，应当理解，本领域技术人员可以采用其他方法将所述覆盖层施加到所述双极板的每一个的主体。接下来，所述双极板上的所述覆盖层的所述石墨基化合物，例如氧化石墨烯，被还原以形成石墨烯106，从而在所述金属双极板上形成一非均匀组合物。如上所述，所述非均匀组合物可以具有石墨烯和所述过渡金属氧化物。所得到的石墨烯的覆盖层可以包括嵌入或插入石墨烯的层内的所述过渡金属氧化物。
或者，所述覆盖层可以被形成为两个单独的层。所述第一覆盖层是通过将所述石墨基化合物分散到水和醇的混合物中而形成的，醇的浓度取决于所使用的石墨基化合物，并且可以由本领域技术人员进行优化。一旦形成所述第一覆盖层，就可以使用多种技术中的任何一种来施加，包括但不限于超声波喷涂(ultrasonic spray)、化学气相沉积(chemical vapor deposition)和浸涂(dip coating)技术。然而，应当理解的是，本领域技术人员可以采用其他方法使用所述石墨基氧化物涂覆所述双极板的每一个的主体。接下来，第一覆盖层的石墨基化合物被还原以在所述金属双极板上形成石墨烯。然后，通过将一种或多种过渡金属氧化物分散到水和醇的混合物中来形成所述第二覆盖层，醇的浓度取决于过渡金属氧化物的使用，并且可以由本领域技术人员进行优化。一旦所述第二覆盖层被形成，就可以使用多种技术将其施加在所述第一覆盖层上，这些技术包括但不限于超声波喷涂、化学气相沉积和浸涂技术。然而，应当理解的是，本领域技术人员可以采用其他方法使用所述过渡金属氧化物来涂覆所述双极板的每一个的主体。
有利的是，在不受特定理论约束的情况下，由于在单个覆盖层或两个单独的覆盖层中包含附加组分，双极板可以具有增加的耐久性，同时保持导电。此外，据信第二覆盖层可以使所述双极板具有固有的化学、电化学和耐腐蚀性。
范例
本技术的示例实施例是参考本文所附的几个附图所提供的。
燃料电池可以包括夹着一膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)的一对双极板，其中可以提供某些垫圈和/或气体扩散层以优化反应物分布和定位。包括两个燃料电池的燃料电池堆的一般结构的非限制性范例被显示在图1中。然而，应当理解，在本公开内容的范围内，本领域技术人员可以使用具有不同结构的燃料电池。
图1示出了由两个燃料电池3组成的一PEM燃料电池堆2，每个燃料电池3具有通过一导电流体分配元件8(以下也称为双极板组件10)彼此分离的一膜电极组件(membrane-electrode-assembly,MEA)4、6。所述MEA 4、6包括一膜电解质层，所述膜电解质层具有在膜电解质的相对面上具有触媒的一阳极和一阴极。所述MEA 4、6和双极板组件8、10在压缩下被堆叠在端板12、14和端接触元件16、18之间。所述端接触元件16、18和所述双极板组件8、10分别包括工作面20、22、24、26，用于将燃料和氧化剂气体(例如H2和空气或O2)分配到所述MEA 4、6。非导电垫圈28、30、32、34在所述燃料电池堆2的几个部件之间提供密封和电绝缘。
所述MEA 4、6的每一个都被设置在被称为气体扩散介质36、38、40、42的气体可渗透导电材料之间。所述气体扩散介质36、38、40、42可以包括碳或石墨扩散纸。所述气体扩散介质36、38、40、42可以接触所述MEA 4、6，阳极和阴极中的每一个都接触所述气体扩散介质36、38、40、42中的相关联的一个。所述端接触单元16、18分别接触所述气体扩散介质36、42。所述双极板组件8、10接触MEA4的阳极面上的气体扩散介质38(配置为接受含氢反应物)，并且还接触MEA6的阴极面上的空气扩散介质40(配置为接收含氧反应物)。氧气可以例如经由一适当的供应导管44从储罐48供应到所述燃料电池堆2的阴极侧。氢气可以例如经由一适当的供应管道46从储罐50供应到所述燃料电池的阳极侧。或者，可以将环境空气作为一氧源供应到所述阴极侧，并将氢气从一甲醇或汽油重整器等供应到阳极。还提供了用于所述MEA4、6的阳极侧和阴极侧的排气导管(未示出)。提供额外的导管52、54、56，用于向所述双极板组件8、10和所述端接触元件16、18供应一冷却剂流体。还提供了用于从所述双极板组件8、10和端接触元件16、18排出冷却剂的适当导管(未示出)。
现在请参考图2，更详细地示出了所述燃料电池堆2的燃料电池之一的双极板组件8、10，其中一覆盖层58被涂覆在所述双极板8、10上。所述覆盖层58可以包括含有一石墨基化合物60和过渡金属氧化物62的混合物。所述石墨基化合物60和所述过渡金属氧化物62都可以被包括在一单个覆盖层58中。或者，包含所述石墨基化合物和过渡金属氧化物的混合物的覆盖层的附加层可以被施加在所述第一覆盖层上。
参考图3，更详细地示出了所述燃料电池堆2的燃料电池之一的双极板组件8、10，其中存在两个覆盖层。所述第一覆盖层64可以包括一石墨基化合物60，其被直接地涂覆在所述双极板组件8、10上。一第二覆盖层66被施加在所述第一覆盖层64上，并且可以包括过渡金属氧化物62。
在未示出的另一个实施例中，多个覆盖层可以被施加于所述双极板组件的一部分或整个。所述多个覆盖层可以包括所述石墨基覆盖层和所述过渡金属氧化物覆盖层的交替覆盖层。这种施加可以被重复，直到已经施加了期望量的覆盖层为止。或者，所述石墨基覆盖层或过渡金属氧化物覆盖层的多层可以被施加到所述双极组件，然后另一覆盖层可以被施加在所述多层上。所述覆盖层的施加可以被重复，直到已经施加了必要量的覆盖层为止。
提供示例实施例以使得本公开内容将是充分公开的，并且将充分地把范围传达给本领域的技术人员。阐述了许多具体的细节，如具体组件、装置和方法的范例，以提供对本公开内容的实施方式的充分理解。对于本领域的技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例实施例可按多种不同形式体现，并且都不应被视为对本公开内容的范围的限制。在一些示例实施例中，未详细描述熟知的方法、熟知的装置结构和熟知的技术。一些实施方式、材料、组合物和方法的等价变化、修改和变体都可以在本技术的范围内作出，而基本上具有类似的结果。
Claims (20)
1.一种双极板，其特征在于，所述双极板包括：
一金属主体；以及
一覆盖层，所述覆盖层被设置在所述金属主体上，所述覆盖层包括一石墨基化合物和一过渡金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述石墨基化合物包括石墨烯。
3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于：所述石墨烯包括氧化石墨烯。
4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述过渡金属氧化物包括选自由氧化钌、氧化铱、氧化铌及其组合所组成的群组的成分。
5.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述过渡金属氧化物包括选自由RuIrOx(富Ru)、IrRuOx(富Ir)、RuOx/NbOx、IrOx/NbOx及其组合所组成的群组的成分。
6.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述覆盖层包括所述石墨基化合物和所述过渡金属氧化物的混合物。
7.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述覆盖层包括：
一第一覆盖层，所述第一覆盖层被设置在所述金属主体上，所述第一覆盖层包括所述石墨基化合物；以及
一第二覆盖层，所述第二覆盖层被设置在该第一覆盖层上，所述第二覆盖层包括所述过渡金属氧化物。
8.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述覆盖层包括：
一第一覆盖层，所述第一覆盖层被设置在所述金属主体上，所述第一覆盖层包括所述石墨基化合物；
一第二覆盖层，所述第二覆盖层被设置在该第一覆盖层上，所述第二覆盖层包括所述过渡金属氧化物；以及
一第三覆盖层，所述第三覆盖层被设置在该第二覆盖层上，所述第三覆盖层包括所述石墨基化合物。
9.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述覆盖层包括：
多个第一覆盖层，所述多个第一覆盖层中的一个直接地被设置在所述金属主体上，所述多个第一覆盖层包括所述石墨基化合物；以及
多个第二覆盖层，所述多个第二覆盖层的每一个被设置在所述多个第一覆盖层中的两个之间，所述多个第二覆盖层包括所述过渡金属氧化物。
10.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：
所述金属主体包括不锈钢和钛中的一种；
所述石墨基化合物包括氧化石墨烯；
所述过渡金属氧化物包括选自由氧化钌、氧化铱、氧化铌及其组合所组成的群组的成分；以及
所述覆盖层包括石墨烯和所述过渡金属氧化物的混合物。
11.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：
所述金属主体包括不锈钢和钛中的一种；
所述石墨基化合物包括氧化石墨烯；
所述过渡金属氧化物包括选自由氧化钌、氧化铱、氧化铌及其组合所组成的群组的成分；以及
所述覆盖层包括：
多个第一覆盖层，所述多个第一覆盖层中的一个直接地被设置在所述金属主体上，所述多个第一覆盖层包括所述石墨基化合物；以及
多个第二覆盖层，所述多个第二覆盖层的每一个被设置在两个第一覆盖层之间，所述多个第二覆盖层包括所述过渡金属氧化物。
12.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：
所述金属主体包括不锈钢和钛中的一种；
所述过渡金属氧化物包括选自由RuIrOx(富Ru)、IrRuOx(富Ir)、RuOx/NbOx、IrOx/NbOx及其组合所组成的群组的成分；以及
所述覆盖层包括：
多个第一覆盖层，所述多个第一覆盖层中的一个直接地被设置在所述金属主体上，所述多个第一覆盖层包括所述石墨基化合物；以及
多个第二覆盖层，所述多个第二覆盖层的每一个被设置在两个第一覆盖层之间，所述多个第二覆盖层包括所述过渡金属氧化物。
13.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述覆盖层包括减少所述金属主体的基于氧化的腐蚀的量的所述过渡金属氧化物，相比于当所述覆盖层包括所述石墨基化合物但不包括所述过渡金属氧化物时。
14.一种燃料电池堆，其特征在于，所述燃料电池堆包括根据权利要求1所述的双极板，其中所述双极板被设置在两个膜电极组件之间。
15.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求14所述的燃料电池堆。
16.一种用于制造一双极板的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供包括一金属主体的一双极板；以及
在所述金属主体上设置一覆盖层，所述覆盖层包括一石墨基化合物和一过渡金属氧化物。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：在所述金属主体上设置所述覆盖层包括通过超声波喷涂、化学气相沉积和浸涂中的一种将所述覆盖层施加到所述金属主体。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：在所述金属主体上设置所述覆盖层包括在所述金属主体上设置所述石墨基化合物和所述过渡金属氧化物的混合物。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：在所述金属主体上设置所述覆盖层包括：
在所述金属主体上设置一第一覆盖层，所述第一覆盖层包括所述石墨基化合物；
在所述第一覆盖层上设置一第二覆盖层，所述第二覆盖层包括所述过渡金属氧化物；以及
在所述第二覆盖层上设置一第三覆盖层，所述第三覆盖层包括石墨烯。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：在所述金属主体上设置所述覆盖层包括：
在所述金属主体上设置多个第一覆盖层，所述多个第一覆盖层中的一个直接地被设置在所述金属主体上，所述多个第一覆盖层包括所述石墨基化合物；以及
在所述金属主体上设置多个第二覆盖层，
所述多个第二覆盖层的每一个被设置在所述多个第一覆盖层中的两个之间，所述多个第二覆盖层包括所述过渡金属氧化物。
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