CN1826710B - 耐腐蚀的燃料电池终端板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及带有终端集电器板元件的电化学电池，该终端集电器板从电池堆中引出电流。终端板具有导电的表面区域和不导电的表面区域。不导电区域涂覆有耐腐蚀涂层，该涂层包括钝化层，耐腐蚀聚合物层，或包括上述二者。终端板的导电区域可选择地通过涂覆有耐氧化金属层以防止氧化。耐氧化层可进一步的涂覆有导电的耐氧化聚合物层。本发明另外的优选方面包括处理终端板，以使其耐腐蚀和耐氧化而同时保持导电性的方法。
Description
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池，更特定地涉及耐腐蚀终端集电器板及其制造方法。
背景技术
燃料电池被建议作为电源用于电动车或其它用途。其中一种已知的燃料电池是PEM(即质子交换膜)燃料电池，包含所谓的“膜电极总成”，该膜电极总成包括薄的固体聚合物膜电解质，其阳极位于膜电解质的一个面而阴极位于膜电解质相对的另一个面。阳极和阴极典型地包括细化分裂的碳微粒，在碳微粒的内外表面上附着的非常细化分裂的催化剂微粒，和与催化剂以及碳微粒混合在一起的质子传导物质。
膜电极总成夹在一对用作阳极和阴极集电器的导电的接触元件之间，接触元件可具有适当的通道和开口，通过该通道和开口分别在阳极和阴极的表面分配燃料电池的气态反应物(即H2和O2/空气)。
双极质子交换膜燃料电池包括多个电串联地堆在一起的膜电极总成，一个与下一个之间以无渗透性的导电接触元件相互分开，该接触元件称为双极板或隔膜。隔膜或双极板有两个工作面，一个工作面面对一个电池的阳极，另一个工作面面对电池堆中相邻的下一个电池的阴极，每一个双极板在相邻的电池之间传导电流。在电池堆端部的接触元件被称为端板、终端板或集电器板。这些终端集电器与夹在终端双极板和终端集电器板之间的导电元件进行接触。
可见，终端集电器板具有多种功能，包括密封电池堆、赋予导电性、允许流体的进出以及在电池堆和外部环境间提供稳定的材料。对尽可能多的此类功能进行优化，以及造价尽可能低廉是一个挑战。
发明内容
本发明提供具有终端集电器端板的电化学电池堆，该端板具有导电区域和不导电区域。不导电区域包括至少一个缝隙以连通流体入或出电池堆。不导电区域涂覆有耐腐蚀的保护性涂层。该涂层包括钝化层，耐腐蚀聚合物涂层，或包括上述二者。
在本发明的另一个实施例中，终端板的导电区域涂覆有导电的保护层，包括导电的耐氧化金属层。耐氧化金属层可选择地进一步的涂覆有导电的耐氧化聚合物涂层。
本发明的另一个方面包括终端板的处理方法，以为不导电区域提供耐腐蚀保护。进一步地处理方法的方面包括以含有导电微粒的耐氧化聚合物涂层保护终端板的导电区域。
本发明进一步的应用范围将在后文的详细描述中论述清楚。需要理解的是详细的论述和特定的例子在显示本发明优选实施例的同时，其意图仅用于阐述而不用于限定发明的范围。
附图说明
详细描述和附图将使得对本发明的理解更充分，其中：
图1是液体冷却的质子交换膜燃料电池堆中的两个电池的示意图；
图2是一个典型的终端集电器端板，显示了本发明的优选实施例；以及
图3是沿图2中3-3′线的截面图，显示了本发明优选实施例的终端集电器端板的表面。
具体实施方式
如下优选实施例的描述在本质上仅是示例性的而并不意图限制本发明及其适用和用途。
本发明考虑电化学燃料电池堆中的终端集电器端板(下文中称为“终端板”)，其采用了重量轻的易腐蚀导电材料，该导电材料具有导电区和不导电区，其中不导电区被处理为耐腐蚀并使表面传导率最小化。进一步地，本发明的另一个方面考虑终端板的导电区，其涂有导电的耐氧化保护涂层。首先为更好的理解本发明，此处提供了对典型的燃料电池和堆的描述。
图1描述了两个单独的质子交换膜(PEM)燃料电池，它们连接形成具有一对膜电极总成(MEA)4和6的电池堆，膜电极总成间通过液体冷却的导电双极分隔板8相互分隔。未串联在电池堆中的单个燃料电池具有带单电活性侧的分隔板8。在电池堆中，优选的双极分隔板8通常在电池堆内具有两个电活性侧20，21，每个电活性侧20，21分别面向分开的、带有相反电荷的单独的MEA 4，6，因此被称为“双极”板。如此处所述，燃料电池堆被描述为带有导电双极板，然而本发明同样可应用于仅具有单个燃料电池的电池堆。
MEA 4、6和双极板8堆在一起，位于不锈钢夹紧终端板10和12以及端部接触流体分配元件14和16之间。端部流体分配元件14和16，以及双极板8的两个工作面含有多个与位于活性面18、19、20、21、22和24上的凹槽或通道相临近的脊部，用于向MEA 4，6分配燃料和氧化剂气体(即H2和O2)。不导电的衬垫或密封件26、28、30、32、33和35在燃料电池堆的几个部件之间提供密封和电绝缘。透气的导电扩散介质34、36、38和40压靠在MEA 4、6的电极表面。另外的导电介质层43、45置于端部接触流体分配元件14、16与终端集电器板10、12之间，以当电池堆在正常运行中被压缩时在其间提供导电路径。端部接触流体分配元件14、16分别压靠在扩散介质34、40上，而双极板8压靠在MEA 4的阳极面上的扩散介质36上，以及压靠在MEA 6的阴极面上的扩散介质38上。
氧气从存储箱46通过合适的供给管道42供给到燃料电池堆的阴极侧，氢气从存储箱48通过合适的供给管道44供给到燃料电池的阳极侧。可选择地，空气可以从环境中供给到阴极侧，氢气从甲醇或汽油重组器等供给到阳极侧。也提供了MEA的H2和O2/空气侧的排气管道41。提供了另外的管道50，用于从存储区52经过双极板8和端板14、16并离开排出管道54循环冷却剂。
等距的双极板分解图(如序号8)在授予Fronk等人的美国专利号6,372,376中示出。如本领域中技术人员所承认，双极板可用作单个的燃料电池导电板，它在内部以MEA为界限，在外部以终端板为界限，其中可沿着活性面使用冷却剂场。
选择用于构建终端板10的材料需要权衡考虑如下参数，例如总密度(质量和体积)、表面接触电阻、体传导率以及耐腐蚀和耐氧化性。因此终端板材料需要重要考虑的方面包括用作导电区域的集电器的材料固有的表面传导率和体传导率，同时在不导电的流体传送区域防止任何腐蚀条件。以前的材料包括重量轻的金属，包括钛或铝。由于具有高的固有体电传导率、低的表面电阻和相对轻的重量，铝是用在终端板内的特别合适的材料。但是在H2-O2/空气PEM燃料电池的运行中，在电活性或导电接触区中，铝有氧化的倾向。此氧化将在表面形成氧化物层，从而不允许地增加了表面电阻。进一步地许多重量轻的金属容易受到腐蚀的侵袭，由于此种腐蚀敏感性和氧化倾向，使用了不同的保护性涂层。然而，此保护性涂层经常使得金属板的电阻增加到不可接受的等级，或此保护性涂层费用昂贵，例如采用金或铂涂层。因此在传导率和腐蚀保护之间存在折衷关系。
根据本发明的一个方面，可对由易腐蚀材料制成的终端板10进行处理，使其可耐腐蚀和氧化的侵袭，以此允许使用对于其重量相对于其它更耐腐蚀金属具有较低表面接触电阻和较高体传导率的金属。包括这些易腐蚀材料增加了燃料电池堆总的重量效率(即每单位质量效率)。
如图2所示，终端集电器端板10具有不导电区域100和导电区域102。终端板10的导电区域102通常由密封衬垫33、35从不导电区域100分隔开(见图1)。然而，如果衬垫33、35由于腐蚀而失效，腐蚀性液体可能转移到导电区域102并滤出铝离子。这些铝离子可能转移到电池堆和单个燃料电池内。由于该铝离子占据催化剂的位置，故对MEA中的催化剂有害，将使得电池和整个电池堆的性能下降。
不导电区域100内的延伸经过终端板10的主体或基板128的缝隙104允许在运行条件下流体进出电池堆的传送。进入电池堆的不同的流体包括含氢气体、含氧气体以及液体冷却剂(例如乙二醇和水的混合物)。因此在终端板10的第一侧106，第一缝隙110从存储器或制备点48(见图1)自电池堆外部向电池堆内部为至少一个MEA的阳极供给含氢气体，第二缝隙112从氧存储器或收集点46(见图1)向电池堆内部为至少一个MEA的阴极供给含氧气体，第三缝隙114从存储点52(见图1)向电池堆内部供给液体冷却剂，用于冷却双极板或端部接触板内部的区域。
缝隙104的特定数量或次序没有限制，仅示例性地在此进行描述，由于多个结构可被本领域中的普通技术人员认可。双极板流场设计可规定入口和出口缝隙结构和流体供给布置。在一个优选的实施例中，第一侧106具有面向上的收集片120，它的相对侧108面向下，以使得重力对液体冷却剂的作用最大化，从而当冷却剂进入到电池堆内部后帮助它运动。在终端板108的第二侧上，第四缝隙122将阳极的流出物从电池堆内部传送到外部，第五缝隙124将阴极流出物传送到电池堆外部，第六缝隙126将已经通过电池堆内部至少一个双极板的冷却剂传送到电池堆外部。这样，在下面的金属基板128暴露在进入和排出电池堆的流体中，加速了终端板10的不导电区域100的腐蚀，特别是处于出现在电池堆“湿侧”(即面对内部燃料电池阴极的一侧)的恶劣条件下。进一步地认为，由于当终端板10暴露在不同的加压气体中时被极化为高的正电压，酸侵蚀和氧化将加速并促使终端板10基板腐蚀，虽然此理论不限制终端板10腐蚀的机制。
终端板10具有基板128的表面130、132，根据本发明的优选实施例，终端板10的不导电区域100采用预防性耐腐蚀保护涂层140进行氧化和酸侵蚀保护处理。一个变化方案是使用不同的涂层以仅保护某些缝隙而不是所有的缝隙，例如仅保护：阳极、阴极、冷却剂入口缝隙，或仅保护出口缝隙，或者保护二者。然而此种选择增加了成本和复杂性。耐腐蚀指材料的易腐蚀性的减小，腐蚀包括化学侵蚀机制，例如氧化(即不可逆的电化学反应)、酸侵蚀或二者。“相对”耐腐蚀指材料与其它类似材料相比更好的耐腐蚀的能力，导致更低的腐蚀率和更长的寿命。
根据如图2所示的本发明的优选的实施例，将不导电区域100的暴露的表面130、132钝化。此处所采用的钝化通常指处理金属以减小表面化学反应性或腐蚀倾向性的过程。燃料电池中的暴露在不良或腐蚀性环境中的表面被钝化，以在不导电区域100的表面130、132上形成钝化层142。一种优选的钝化过程是对铝金属基板128作阳极化处理。阳极化处理在本技术领域中已熟知，通常指将金属电化学涂覆以保护性膜的转化过程，该保护性膜使得板呈电化学惰性。在本发明的优选实施例中，阳极化处理形成表面金属氧化物层，例如氧化铝层，与基层金属-金属铝相比，其电化学反应性显著的低。因此钝化的金属的耐腐蚀性显著的更高。进一步地，氧化铝层便于更好的附着后续涂覆的涂层。这样可最小化涂层中的潜在瑕疵，例如使无涂覆金属区域暴露的小孔。这些小孔起源于金属表面小的、未保护的区域，具有可能发展成腐蚀地点的潜在性。这些地点可进一步在表面扩大，因此表面钝化层通过提高耐腐蚀性以及任何后续涂覆的层的附着性，从而使得此类缺陷的出现最小化。
许多不同的铝阳极化处理方法在本领域中已熟知。阳极化处理过程的选择取决于合金的特性和电池中运行条件下所需的保护层。例如，一种阳极化处理过程在铝表面使用铬酸，以形成氧化铝并在“Metals Handbook”8th Edition，Vol.2p.612(American Society forMetals，1964)中有更详细的描述。根据所采用的阳极化处理方法，形成钝化层95的处理过程持续时间从大约5分钟到超过4小时不等。所产生的膜的厚度则从5微米到大于700微米不等。在一个替代的优选实施例中，使用化学转化涂层以钝化金属表面，其中金属在氧化-还原化学反应中被转化为活性小的种类。
终端板的导电区域的导电性阻抗的最小化对于维持燃料电池的功率输出是重要的。电化学惰性的钝化层142涂覆导电区域102可以减小燃料电池内部的终端板10的导电性，因为导电区域102是燃料电池堆内所产生的电流的主要导通路径。电流从MEA 4、6(见图1)行进到各双极板或端部接触板(例如导电流体分配元件)8、14、16，然后通过导电介质43、45到达终端集电器板10、12，以建立从一个终端板10到相对的终端板12的跨越电池堆的累积电势。布置在终端板10的一侧106的外围146的收集片120从导电区域102通过终端板10的导电金属本体128向收集片120发送电流。电缆或导线(未示出)接附在收集片120上，而反向充电的电缆或导线接附在电池堆对面侧的另一个收集片上。这样导电区域102和收集片120必须保持足够的表面传导率，以满足燃料电池的正常运行。钝化层142通过减小表面传导率可使得表面相对绝缘，然而这不影响经过本体128的体或固有传导率。在本发明的优选实施例中，仅易腐蚀的不导电区域100具有钝化层142作为保护涂层140，该涂层保护它不受酸侵蚀和氧化，而仍允许电荷在终端板10的本体128内从导电区域102向收集片120流动。
在本发明优选的实施例的另一个方面中，保护涂层140包括涂覆在不导电区域100表面130、132上的聚合物涂层150，见图3，图3是图2中沿3-3′线的截面图。终端板10的表面130、132的不导电区域100可以涂有不导电的聚合物。增加了的终端板10的不导电区域100的表面电阻并不影响经过终端板10的本体128的电传导率。还考虑多层聚合物涂层150a、150b，因为厚度增加，可为下面的表面130、132提供更好的腐蚀保护。
形成聚合物涂层150的聚合物，或聚合物的混合物的选择要与终端板10的金属基板表面130、132相容，还要兼顾其耐腐蚀性。此种聚合物包括任意的交联或固化时不溶于水的聚合物，该聚合物可在下面的金属基板128上形成薄的附着膜，该膜可耐受燃料电池的不良氧化性和酸性环境。因此本发明中可使用如下的聚合物：诸如环氧树脂、硅树脂、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、多酚、氟化弹性体(例如聚偏二氟乙烯)、聚酯、苯氧苯酚、环氧苯酚、丙烯酸树脂和氨基甲酸酯等。交联聚合物优选地用于制造提供耐腐蚀特性的不渗透性涂层。
在本发明的一个优选实施例中，仅不导电区域102带有保护性涂层140。当终端板10被保护时，例如受到钝化保护时，导电区域102和收集片120表面被覆盖或施加掩模。掩模是任意施加在基板上并在钝化和/或聚合物施加时保持稳定的材料。这种材料可以包括由典型的不透光材料制成的光掩膜。这样保护性涂层140仅在电池的不导电区域100上形成。沿掩模166边缘的区域可具有一些钝化层或氧化物构成物，且可选择地由机械磨损、化学蚀刻或类似方法可以清洗这些区域166以去除任何存在的氧化物。
当终端板10由易腐蚀材料，例如铝制成时，导电区域102可能受到氧化性侵蚀，形成不希望的氧化铝层而增加表面132的接触电阻。此氧化物层显著的降低了电池堆的功率输出和运行效率。本发明的一个方面是施加导电区域保护性涂层156，覆盖在终端板10的导电区域102上。
在本发明的优选实施例中，导电区域保护性涂层156包括耐氧化金属158，它比下面的基板金属128的耐氧化能力更好并保护基板128不被氧化。耐氧化指抑制氧化能力比下面的金属可以抵抗氧化更好的材料。施加金属层158可采用传统的物理气相沉积(PVD)技术(例如磁控管溅射)或化学气相沉积(CVD)技术来实现，这些技术已为本领域普通技术人员熟知。镀覆过程，包括电解镀和无电镀，都可用于施加此类金属涂层。
在沉积金属层158前可由机械、化学或电化学的方式去除表面上的任何杂质或自然存在的氧化物层来对表面132进行准备。从整个导电区域102基板表面132去除自然氧化物可保证后续的耐氧化涂层156附着。一层耐氧化金属158，例如铂、金、镍、锡、银、它们的合金、它们的混合物和它们的等价物，保持了所需的表面传导率，具有相对低的接触电阻，同时防止有碍电传导率的氧化物层的形成。含有镍的金属层158是特别优选的。在一个优选的方面中，无电施加的镍用作填充微粒的聚合物涂层下的下层。
当暴露在某内部电池堆环境中，基板128上覆盖的耐氧化金属层158可能需要进一步保护，以防止氧化物层的形成。本发明的可替代的优选实施例包括导电区域保护性涂层156，该涂层包含施加在耐氧化金属层158上的含有聚合物的导电耐氧化涂层160。在燃料电池运行中，通过夹紧装置，例如延伸穿过电池堆的螺栓将终端板10夹紧，以使得几个电池堆部件彼此压靠。这样在正常运行中，终端板10导电区域102被密封衬垫33、35从不导电区域物理分隔。然而当暴露在腐蚀性条件下，衬垫可能退化或失效，使得在导电区域102和不导电区域100之间流体连通。不导电区域100上的腐蚀性液体可能移动到导电区域102中。因此，通过预防性地为导电区域102基板128涂覆耐腐蚀和耐氧化的涂层160，这样的含有聚合物的导电耐氧化涂层160也防止了滤出的铝离子使电池堆中的催化剂中毒。
优选的含聚合物的导电耐氧化涂层160包括基聚合物或聚合物混合物，类似于如上所述的选作施加在不导电区域100上的不导电涂层150的聚合物，但进一步包括导电微粒填充物162，以到达必须的传导率。含聚合物的导电耐氧化涂层160必须是导电的，通常电阻系数小于大约50ohm-cm。根据所选择的聚合物的特征，含聚合物的导电耐氧化涂层160进一步可以选择性地包括耐氧化、不溶解于酸的导电微粒162(即小于大约50微米)，该微粒散布于导电区域的耐氧化涂层160中。这些导电微粒162使得通过导电区域保护性涂层156具有导电性。含有多种导电的填充物微粒的耐腐蚀和耐氧化聚合物进一步在授予Fronk等人的美国专利No.6,372,376中有所论述。
导电微粒162可从包括如下的组中选出：金，铂，石墨，碳，镍，导电的金属硼化物、氮化物和碳化物(例如氮化钛、碳化钛、硼化钛)，含铬和/或镍的钛合金，钯，铌，铑，稀土金属，和其它贵金属。最优选地，微粒162可包括碳或石墨(即六方结晶碳)。根据聚合物自身的导电特征(决定所需的传导率的程度)并进一步地根据微粒162的密度和传导率(即具有高传导率和低密度的微粒可用于较低的重量百分比)，含聚合物的导电耐氧化涂层160包括不同重量百分比的微粒162。含碳/石墨的导电涂层160可典型的含有25％重量百分比的碳/石墨微粒162。
含有不导电区域和导电区域聚合物的导电耐氧化涂层(150、160)可采用许多方式施加在导电区域102基板表面132上，例如(1)电泳沉积，(2)刷涂、喷涂、抹涂，(3)层压或(4)粉末涂覆。聚合物物质150、160的粉末涂覆是特别优选的，因为与其它聚合物施加方法相比，可以使聚合物高效的沉积而浪费少，可在预先已经存在聚合物层的表面上涂覆，多孔性低，以及使聚合物充分均匀地沉积成更厚的层。粉末涂覆在本技术领域中已熟知，以及当干的聚合物微粒离开喷射器(例如
lined或Corona)时通过其施加通常80kV以上的电压，来用于为多种导电和不导电基板进行涂覆。多种聚合物可采用此方法施加，非限制地包括环氧树脂、聚酰胺和聚酰亚胺。粉末涂覆特别适用于施加不导电区域耐腐蚀聚合物层150，其中施加两个到三个聚合物层，以达到近似大约50至250微米范围内的厚度。电泳沉积也用于导电基板，提供了高效的施加阴极环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基甲酸脂和聚酯的方法。后续的已涂覆的基板的烘烤可使通过粉末涂覆或电泳沉积而施加的涂层交联和硬化。此处所描述的聚合物施加方法既可用于在终端板10的不导电区域100(即无导电微粒)上施加不导电保护性聚合物涂层150，也可用于在终端板10的导电区域102(即带导电微粒)上施加含聚合物的导电耐氧化涂层160。
可替代的施加聚合物涂层(例如150、160)的方法是首先将聚合物形成不连续膜(例如通过溶剂浇注法或挤出法等)，然后例如通过热轧层压到终端板10的工作表面130、132上。不连续膜优选地含有增塑剂以改善在这种施加方法中的膜的处理，并在基板128顶上提供涂层，该涂层足够柔软使得当终端板10进一步处理时膜不会被撕破或断裂。氟化弹性体，例如聚偏二氟乙烯等可用于本实施例，可与传统增塑剂，例如邻苯二甲酸二丁酯共同使用。
可替代地，通过喷涂、刷涂或抹涂(例如使用刮刀)将聚合物膜150、160施加在基板128的工作表面130、132上。通过将聚合物溶解在合适的溶剂中可形成涂层前体，可选择地，导电的填充物微粒162可以与溶解的聚合物混合，并且当其为含聚合物的导电耐氧化涂层160时，可将其作为湿浆施加在基板132顶部。然后将该湿涂层干燥(即除去溶剂)并按所需固化(例如热固化)。当存在导电微粒162时，导电微粒将通过没有溶剂的聚合物而附着在基板128上。
适用于喷涂、刷涂或抹涂施加的优选的聚合物包括聚酰胺-酰亚胺热固化性聚合物。聚酰胺-酰亚胺溶解在包括有N-甲基吡咯烷酮、丙二醇和甲醚乙酸酯的混合物的溶剂中。可选择地向该溶液中加入大约21％到大约23％重量百分比的石墨和碳黑微粒的混合物，其中石墨微粒的尺度范围从大约5微米到大约20微米，碳黑微粒的尺度范围从大约0.5微米到大约1.5微米，较小的碳黑微粒用于填充到较大的石墨微粒之间的空隙中，与全石墨涂层相比由此增加了涂层的传导率。混合物施加到基板128上，干燥并固化到厚度为大约15-30微米的涂层150、160(优选地大约为17微米)，其碳-石墨含量为大约38％重量百分比(如果选用)。可以在低的温度(即小于400华氏度)下缓慢固化，或在两个步骤的过程中更快速的固化，其中首先通过在300-350华氏度的温度下加热(即干燥)十分钟来去除溶剂，然后在更高的温度下加热(500-750华氏度)一段时间来固化聚合物，时间持续长度为从大约30秒到大约15分钟(取决于所使用的温度)。
优选的处理方法包括沿待处理本体128的主表面130、132选择区域(即不导电区域100)。处理前，将所有沿本体128的主表面130、132的未选中区域(即导电区域102)在为不导电区域100施加保护性涂层140前施加掩模。保护性涂层140包括钝化层142，选择性地进一步包括导电的耐腐蚀聚合物层150。本发明的一个替换的实施例中考虑选择性的处理步骤，其中终端板10具有钝化层142和导电的聚合物层150，并被钝化以处理任何可能存在于保护性涂层140下面的小孔，该小孔可能提供金属基板128上的腐蚀成长地点。附加的钝化处理将处理那些位于出现在钝化层142或聚合物层150上的小孔下方的金属，以此强化保护性涂层140。在不导电区域100上施加保护性涂层140后，从导电区域102上去除掩模(未绘出)。新的掩模放置在刚刚涂覆好的不导电区域100上，其中，保护其不受后续的导电区域102的处理影响。导电区域102可以进一步通过机械磨蚀或化学腐蚀进行预处理。然后在导电区域102上施加导电区域保护性涂层156，该保护性涂层156包括耐氧化金属层158和含有聚合物的导电耐氧化涂层160。在导电区域102上施加导电区域保护性涂层156后，从不导电区域100上去除掩模。
本发明以此提供了为由易腐蚀材料制成的终端板的不导电区域涂覆耐腐蚀涂层的能力，而进一步可选择地以导电涂层保护了导电区域，克服了金属上迅速扩大的腐蚀地点的问题和不希望的表面导电部分氧化的问题，这些问题否则导致电池堆性能下降。
虽然本发明根据其特定实施例进行论述，但意思是不局限于此，而是仅限于在下面的权利要求书中给出的范围。本发明的论述在实质上仅是示例性的，因此不背离发明要旨的变化意思是在本发明范围中。此类变化不认为是与发明的精神和范围背离。
Claims (38)
1.一种导电终端板，其包括
由导电的易腐蚀材料制成的第一本体；
所述第一本体的第一表面，其具有导电区域和不导电区域；
覆盖所述不导电区域的耐腐蚀层；以及
与所述第一本体的第一部分电接触的第一片，所述第一部分位于所述的不导电区域下面，和从所述的导电区域经过所述第一部分到第一片的导电路径。
2.根据权利要求1所述的终端板，其中所述的导电区域位于所述第一表面的中央且所述的不导电区域围绕所述中央区域。
3.根据权利要求1所述的终端板，其中所述的耐腐蚀层包括钝化层。
4.根据权利要求1所述的终端板，其中所述的耐腐蚀层包括不导电聚合物涂层。
5.根据权利要求1所述的终端板，其中所述的耐腐蚀层包括钝化层和不导电聚合物涂层。
6.根据权利要求5所述的终端板，其中所述聚合物涂层包括至少一个从下列聚合物中选出的聚合物：环氧树脂、硅树脂、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、多酚、氟化弹性体、聚酯、苯氧苯酚、环氧苯酚、丙烯酸树脂和氨基甲酸酯。
7.根据权利要求1所述的终端板，其中终端板具有至少一个通过所述第一部分的缝隙，且其中所述的缝隙具有覆盖有所述耐腐蚀层的表面。
8.根据权利要求7所述的终端板，其中所述的缝隙的耐腐蚀层和所述的不导电区域的所述的耐腐蚀层是连续的。
9.根据权利要求1所述的终端板，其中所述的第一本体包括铝。
10.根据权利要求1所述的终端板，其中所述的导电区域覆盖有保护性涂层，该涂层包括与所述的导电区域的表面接触的包含有耐氧化金属的第一层，和所述第一层上的第二层，所述的第二层包含耐氧化聚合物。
11.根据权利要求10所述的终端板，其中所述的耐氧化金属包括第一组金属中的一种金属、第一组金属的合金、或者第一组金属的组合，其中，该第一组金属由镍、锡和银组成。
12.根据权利要求10所述的终端板，其中所述的第二层进一步包括散布在所述耐氧化聚合物中的导电微粒。
13.根据权利要求12所述的终端板，其中所述的导电微粒从下列微粒中选择：金、铂、镍、钯、铑、铌、钛、铬、稀土金属、和碳。
14.根据权利要求10所述的终端板，其中所述的耐氧化聚合物从下列聚合物中选择：环氧树脂、硅树脂、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、多酚、氟化弹性体、聚酯、苯氧苯酚、环氧苯酚、丙烯酸树脂和氨基甲酸酯。
15.一种用于收集跨过电池堆中的一个或多个电化学电池产生的电流的终端板，电池堆中每个电池包括夹在多个导电流体分配元件的一对导电流体分配元件之间的膜电极总成，其中建立从膜电极总成经过该多个导电流体分配元件的电接触，其中距终端板最近的第一导电流体分配元件与终端板电接触，所述的终端板包括：
由导电且易腐蚀的材料制成的第一本体；以及
所述第一本体的表面，其具有与所述的第一导电流体分配元件接触的导电区域和被耐腐蚀层覆盖的不导电区域；
其中所述的导电区域位于所述的终端板表面中央且所述的不导电区域围绕所述的中央区域并限定了板的外围不导电区域，由此使得板从周围的环境中电绝缘；
与所述第一本体的第一部分电接触的第一片，所述第一部分位于所述的不导电区域下方，以及从所述的导电区域经过所述的第一部分到第一片的导电路径。
16.根据权利要求15所述的终端板，其中终端板具有至少一个通过所述第一部分的缝隙，其中所述缝隙与该多个导电流体分配元件流体连通，且所述的缝隙具有覆盖有所述耐腐蚀层的表面。
17.根据权利要求15所述的终端板，其中所述的耐腐蚀层包括钝化层。
18.根据权利要求15所述的终端板，其中所述的耐腐蚀层包括不导电聚合物涂层。
19.根据权利要求15所述的终端板，其中所述的耐腐蚀层包括钝化层和不导电聚合物涂层。
20.根据权利要求19所述的终端板，其中所述的聚合物涂层包括至少一个从下列聚合物中选择的聚合物：环氧树脂、硅树脂、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、多酚、氟化弹性体、聚酯、苯氧苯酚、环氧苯酚、丙烯酸树脂和氨基甲酸酯。
21.根据权利要求16所述的终端板，其中所述的缝隙的耐腐蚀层和所述的不导电区域的所述的耐腐蚀层是连续的。
22.根据权利要求15所述的终端板，其中所述的第一本体包括铝。
23.根据权利要求15所述的终端板，其中所述的导电区域覆盖有保护性层，该层包括与所述的导电区域的表面接触的包含有耐氧化金属的第一层，和所述第一层上的第二层，所述的第二层包含耐氧化聚合物。
24.根据权利要求23所述的终端板，其中所述的耐氧化金属包括第一组金属中的一种金属、第一组金属的合金、或者第一组金属的组合，其中，该第一组金属由镍、锡和银组成。
25.根据权利要求23所述的终端板，其中所述的第二层进一步包括散布在所述耐氧化聚合物中的导电微粒。
26.根据权利要求25所述的终端板，其中所述的导电微粒从下列微粒中选择：金、铂、镍、钯、铑、铌、钛、铬、稀土金属、和碳。
27.根据权利要求23所述的终端板，其中所述的耐氧化聚合物从下列聚合物中选择：环氧树脂、硅树脂、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、多酚、氟化弹性体、聚酯、苯氧苯酚、环氧苯酚、丙烯酸树脂和氨基甲酸酯。
28.一种形成导电终端板的方法，其包括：
提供具有主要表面的导电材料制成的第一本体；
在所述的主要表面的选定区域内，形成至少一个通过所述第一本体的缝隙；
钝化所述选定区域，由此在所述选定区域中形成不导电的耐腐蚀表面；以及
提供与所述第一本体的第一部分电接触的第一片，和从所述的导电材料经过所述第一部分到第一片的导电路径，所述第一部分位于所述的不导电耐腐蚀表面下面。
29.根据权利要求28的方法，进一步在所述的钝化步骤后包括涂覆步骤，其中所述的选定区域涂覆有耐腐蚀的聚合物层。
30.根据权利要求29的方法，进一步在所述的涂覆步骤后包括保护步骤，其中将所述的耐腐蚀的聚合物层的具有小孔的每个区域进行钝化，由此处理每个位于下方的小孔，所述小孔暴露小孔下方的表面。
31.根据权利要求28的方法，进一步包括在所述的缝隙形成步骤后且在所述的钝化步骤前对所述的主要表面的未选择区域施加掩模的步骤。
32.根据权利要求31的方法，在所述的施加掩模步骤后进一步包括以下步骤：
从所述主要表面的所述未选择区域去除所述掩模；
对所述主要表面的所述选定区域施加掩模；以及
为所述未选择区域涂覆导电的耐氧化层。
33.根据权利要求12所述的终端板，其中所述的导电微粒为从金、铂、镍、钯、铑、铌、钛、铬、稀土金属、和碳中选择的成分的化合物。
34.根据权利要求12所述的终端板，其中所述的导电微粒为从金、铂、镍、钯、铑、铌、钛、铬、稀土金属、和碳中选择的成分的合金。
35.根据权利要求12所述的终端板，其中所述的导电微粒为从金、铂、镍、钯、铑、铌、钛、铬、稀土金属、和碳中选择的成分的混合物。
36.根据权利要求25所述的终端板，其中所述的导电微粒为从金、铂、镍、钯、铑、铌、钛、铬、稀土金属、和碳中选择的成分的化合物。
37.根据权利要求25所述的终端板，其中所述的导电微粒为从金、铂、镍、钯、铑、铌、钛、铬、稀土金属、和碳中选择的成分的合金。
38.根据权利要求25所述的终端板，其中所述的导电微粒为从金、铂、镍、钯、铑、铌、钛、铬、稀土金属、和碳中选择的成分的混合物。
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