DE102007008210B4

DE102007008210B4 - Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE102007008210B4
Application number: DE102007008210.1A
Authority: DE
Inventors: Scott L. Peters; Anastasios Angelopoulos
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2027-02-21
Also published as: US20070202247A1; JP2007242611A; DE102007008210A1; US8628819B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, umfassend, dass: eine wässrige Lösung, die ein kationische funktionelle Gruppen aufweisendes Polyelektrolytpolymer umfasst, auf eine Bipolarplatte aufgebracht wird, so dass das Polyelektrolytpolymer an der Platte anhaftet, anschließend die Bipolarplatte in ein Bad getaucht wird, das negative funktionelle Gruppen umfassende, hydrophile Nanopartikel und eine flüssige Phase umfasst, die ein Nanopartikeldispersionsmittel umfasst, und wobei die Bipolarplatte eine obere Fläche aufweist, die eine Vielzahl von darin ausgebildeten Stegen und Kanälen aufweist; die Brennstoffzellenbipolarplatte von dem Bad entfernt wird, so dass eine Beschichtung, die Nanopartikel umfasst, an der Brennstoffzellenbipolarplatte anhaftet; während die Beschichtung feucht ist und bevor die Beschichtung getrocknet und verfestigt ist, die Nanopartikel umfassende Beschichtung von den Stegen der Bipolarplatte entfernt wird, wodurch eine Nanopartikel umfassende Beschichtung in den Kanälen zurückbleibt; und die Beschichtung in den Kanälen getrocknet wird.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen U.S. Anmeldung Nr. 60/776,363, die am 24. Februar 2006 eingereicht wurde.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Angelopoulos et al., Patent Nr. US 6,025,057 A offenbart eine Lösung für ein Problem bei der Herstellung elektronischer Baugruppen, beispielsweise Leiterplatten, in denen eine Schlüsselanforderung zur Herstellung derselben in dem Erreichen einer geeigneten Pd/Sn-Keimschichtkatalysatorbeladung besteht. Nicht ausreichender Pd-Katalysator führt zu Poren in einer mit Kupfer abgeschiedenen Schaltkreisschicht, was zu Unterbrechungen führt. Zu viel Katalysator kann sowohl zu einem Klebstoffversagen als auch einer Querleitung führen. Ein Klebstoffversagen ermöglicht, dass eine Lösung für chemische Abscheidung unter den Photoresist läuft und Kupfer zwischen Schaltkreiselementen abscheidet, was Kurzschlüsse bewirkt. Die offenbarte Lösung für das Problem betrifft ein Abscheiden eines organischen Polyelektrolyten auf einem organischen Substrat, wie einer Leiterplatte, die aus Glasfaser und Epoxid hergestellt ist. Eine Kolloid-Palladium-Zinn-Keimschicht wird auf der Oberseite des organischen Polyelektrolyten abgeschieden. Diesem folgen ein Abscheiden eines photostrukturierbaren Polymers auf der Oberseite der Keimschicht und ein photolithografisches Mustern des photostrukturierbaren Polymers, um Abschnitte der Keimschicht freizulegen. Es wird eine chemische Abscheidung von Kupfer verwendet, um Kupfer über den freigelegten Abschnitten der Keimschicht abzuscheiden. Der organische Polyelektrolyt wird aus einer wässrigen Lösung bei einem pH abgeschieden, der für die gewünschte Keimkatalysatorbeschichtung geeignet ist. Ein offenbartes Beispiel eines organischen Polyelektrolyten ist ein Copolymer aus Acrylamid und Betamethacryloxyethyltrimethylammoniummethylsulfat. Der obige Polyelektrolyt weist hydrolysierte Amidgruppen auf und wird auf dem organischen Substrat in einer wässrigen Lösung abgeschieden, die Schwefelsäure bei einem pH von unter 4 enthält. Bei einer anderen offenbarten Ausführungsform wird der Polyelektrolyt auf dem organischen Substrat in einer wässrigen Lösung abgeschieden, die Natriumhydroxid bei einem pH über 10 enthält. Ein anderer offenbarter Polyelektrolyt ist ein kationisches Polyamidamin. Es wird eine neutrale wässrige Lösung verwendet, wobei die Polyelektrolytkonzentration im Bereich zwischen 0,2 und 1,2 Gramm pro Liter liegt. Eine Keimschicht aus Pd/Sn-Kolloidsuspension wird über dem Polyelektrolyt abgeschieden.
Angelopoulos et al., Patent Nr. US 5,997,997 A , das am 7. Dezember 1999 erteilt wurde, offenbart eine Lösung für ein Problem in Verbindung mit einer Herstellung Leiterbahnen umfassender Strukturen, wie Leiterplatten, wobei herkömmliche Verfahren für chemische Abscheidung oftmals an einer übermäßigen Keimabscheidung leiden. Die Anwesenheit von zu viel Keim auf der Leiterplatte führt zu Kriechkurzschlüssen und einer schlechten Anhaftung des Photoresists, der dazu verwendet wird, die Leiterplatte mit Leiterbahnen zu versehen, auf der Keimschicht aufgrund ungleichmäßiger Oberflächen. Die übermäßige Keimschicht kann auch zu einer nicht beabsichtigten Metallabscheidung bei nachfolgenden Prozessschritten führen. Die offenbarte Lösung umfasst, dass ein Werkstück vorgesehen wird, das ein Substrat aufweist, das mit einer polymeren dielektrischen Schicht beschichtet ist. Das Werkstück mit der polymeren dielektrischen Schicht wird dann in der Atmosphäure der umliegenden Umgebung wärmebehandelt. Anschließend wird das Werkstück mit einem polymeren grenzflächenaktiven Stoff behandelt, der in der Lage ist, Wasserstoffbindungen mit schwachen Säuregruppen an der Oberfläche des polymeren Dielektrikums zu bilden. Ein offenbarter polymerer grenzflächenaktiver Stoff ist ein kationischer Polyelektrolyt mit Amidgruppen, wie kationisches Polyacrylamid oder kationisches Polyamidoamin. Der polymere grenzflächenaktive Stoff besitzt ein Molekulargewicht im Bereich von 105 bis 107. Ein offenbarter Polyelektrolyt ist mit der Handelsbezeichnung ”Polytech” von Polytech, Inc. erhältlich.
Auf einem Gebiet, das nicht mit Leiterplatten in Verbindung steht, umfasst die Herstellung von Brennstoffzellenstapeln die Herstellung bipolarer Platten mit Wassermanagementmerkmalen. Eine kapillar getriebene Instabilität von Flüssigkeitsfilmen in hydrophoben Bipolarplattenkanälen kann in einem Verweilen von Flüssigkeit und einem Verlust an Brennstoffzellenleistung resultieren, Es ist gezeigt worden, dass eine Plasmabearbeitung, um hydrophile funktionelle Gruppen an der Oberfläche von Bipolarplatten einzuführen, das Verweilen von Flüssigkeit beseitigt und die Brennstoffzellenleistung verbessert. Jedoch sind derartige Plasmabearbeitungstechniken sehr teuer und zeitaufwändig. Daher sind alternative Bearbeitungsoptionen erforderlich. Eine derartige Option ist in der provisorischen U.S.-Patentanmeldung Nr. 60/707,705 des Anmelders mit dem Titel ”Fuel Cell Component With Coating Including Nanoparticles” offenbart, die eine Ausführungsform offenbart, die umfasst, dass eine dünne Beschichtung aus hydrophilen Nanopartikeln auf der Bipolarplattenfläche abgeschieden wird. Jedoch haben die Anmelder eine Anzahl von Haltbarkeitsproblemen entdeckt, die unter bestimmten Bedingungen mit einem derartigen Prozess auftreten können, die umfassen: (1) der Mangel an Farbreflexionsvermögen von der Beschichtung lässt darauf schließen, dass eine Bedeckung durch die Beschichtung nicht kohärent ist, (2) dass Reste organischer Säuren und grenzflächenaktiver Stoffe mit der Beschichtung zurückbleiben, und (3) die Festigkeit der Beschichtung ein Ergebnis kohäsiver anstatt adhäsiver Wechselwirkungen ist (d. h. wenig oder keine chemische Bindung der Beschichtung an das Substrat). Die vorliegende Erfindung sieht Alternativen für den Stand der Technik vor.
Aus der US 2003/0180472 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Nanopartikeln enthaltenden Gegenständen bekannt, bei dem ein Substrat in eine Nanopartikel enthaltende Suspension eingetaucht und nach dem Entfernen aus der Suspension getrocknet wird.
In der US 5,879,828 A wird ein Membranelektrodenaufbau beschrieben, dessen Elektrodenschicht Nanopartikel enthält.
Aus der US 2005/0084742 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten eines Gasdiffusionsmediums einer Brennstoffzelle bekannt, bei dem auf ein Substrat durch Tauchbeschichten ein Fluorpolymer abgeschieden wird.
ZUSAMMENFASSUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, umfassend, dass:

– eine wässrige Lösung, die ein kationische funktionelle Gruppen aufweisendes Polyelektrolytpolymer umfasst, auf eine Bipolarplatte aufgebracht wird, so dass das Polyelektrolytpolymer an der Platte anhaftet,
– anschließend die Bipolarplatte in ein Bad getaucht wird, das negative funktionelle Gruppen umfassende, hydrophile Nanopartikel und eine flüssige Phase umfasst, die ein Nanopartikeldispersionsmittel umfasst, und wobei die Bipolarplatte eine obere Fläche aufweist, die eine Vielzahl von darin ausgebildeten Stegen und Kanälen aufweist;
– die Brennstoffzellenbipolarplatte von dem Bad entfernt wird, so dass eine Beschichtung, die Nanopartikel umfasst, an der Brennstoffzellenbipolarplatte anhaftet;
– während die Beschichtung feucht ist und bevor die Beschichtung getrocknet und verfestigt ist, die Nanopartikel umfassende Beschichtung von den Stegen der Bipolarplatte entfernt wird, wodurch eine Nanopartikel umfassende Beschichtung in den Kanälen zurückbleibt; und die Beschichtung in den Kanälen getrocknet wird.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, welches die nachfolgenden Schritte umfasst:

(a) eine wässrige Polyelektrolytpolymerlösung, wobei das Polyelektrolytpolymer kationische funktionelle Gruppen aufweist, wird auf eine Brennstoffzellenbipolarplatte aufgebracht, die eine obere Fläche aufweist, die eine Vielzahl von Stegen und Kanälen besitzt, so dass das Polyelektrolytpolymer an der Platte anhaftet;
(b) Polyelektrolytpolymer, das nicht an der Platte anhaftet, wird entfernet;
(c) ein Material einer zweiten, negative funktionelle Gruppen umfassenden Beschichtung wird auf das an der Platte anhaftende Polyelektrolytpolymer aufgebracht;
(d) Material der zweiten Beschichtung, das nicht an dem an der Platte anhaftenden Polyelektrolytpolymer anhaftet, wird entfernt;
(e) die Brennstoffzellenbipolarplatte wird in ein Bad getaucht wird, das hydrophile Nanopartikel und eine flüssige Phase, die ein Nanopartikeldispersionsmittel umfasst, umfasst;
(f) die Brennstoffzellenbipolarplatte wird aus dem Bad entfernt, so dass eine Beschichtung von Nanopartikeln an der Brennstoffzellenkomponente anhaftet, und die Beschichtung wird getrocknet;
(g) die Brennstoffzellenbipolarplatte wird gespült, um jegliche Nanopartikel, die nicht ausreichend an der Brennstoffzellenkomponente anhaften, zu entfernen;
(h) während die Beschichtung feucht ist und bevor die Beschichtung getrocknet und verfestigt wird, wird die Nanopartikel umfassende Beschichtung von den Stegen der Bipolarplatte entfernt, wobei eine Nanopartikel umfassende Beschichtung in den Kanälen zurückbleibt; und
(i) die Beschichtung in den Kanälen wird getrocknet.

Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 ein Prozessflussdiagramm ist, das einen Prozess gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ein Prozessflussdiagramm ist, das einen anderen Prozess gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 eine Brennstoffzellenkomponente mit einer ersten Schicht eines Polyelektrolytpolymers und einem Material einer zweiten Beschichtung darauf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 eine Brennstoffzellenkomponente mit einer ersten Schicht eines Polyelektrolytpolymers und einem Material der zweiten Beschichtung darauf gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 einen Prozess gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 einen Prozess gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7 einen Prozess gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8 einen Prozess gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
9 ein Produkt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
10 einen Prozess gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung von Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, das ein Aufbringen einer wässrigen Lösung, die ein Polyelektrolytpolymer aufweist, auf eine Bipolarplatte aufweist. Das Polyelektrolytpolymer weist kationische funktionelle Gruppen auf. Beispiele für geeignete kationische Polyelektrolytpolymere umfassen die folgenden, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Copolymere von Acrylamid und quartären Ammoniumsalzen; Polyamidoamine; Polyallylaminhydrochloride; Epoxid-basierte Azopolymere und Acrylsäure-basierte Azopolymere. Es kann ein Material einer zweiten Beschichtung auf das Polyelektrolytpolymer, das an der Brennstoffzellenkomponente anhaftet, aufgebracht werden. Beispielsweise kann das Material der zweiten Beschichtung ein hydrophiles oder ein hydrophobes Material aufweisen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei einer Ausführungsform kann das Material der zweiten Beschichtung Nanopartikel umfassen. Geeignete Materialien der zweiten Beschichtung sind in der U.S. Patentanmeldung Seriennr. 60/707,705 des Anmelders mit dem Titel ”Fuel Cell Component With Coating Including Nanoparticles” offenbart, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Material der zweiten Beschichtung ein hydrophiles Material mit negativ geladenen Gruppen, die starke Ionenbindungen mit einem kationischen Polymer (Polyelektrolyt), das auf die Brennstoffzellenkomponente beschichtet ist, bilden können.
1 ist ein Prozessflussdiagramm, das einen Prozess gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Bei dieser Ausführungsform umfasst ein erster Schritt 100 des Prozesses, dass eine wässrige kationische funktionelle Gruppen aufweisende Polyelektrolytpolymerlösung auf eine Brennstoffzellenkomponente, wie eine Bipolarplatte aufgebracht wird. Ein zweiter Schritt 102 des Prozesses umfasst, dass nicht anhaftendes Polyelektrolytpolymer von der Brennstoffzellenkomponente beispielsweise durch Spülen einer Brennstoffzellenkomponente in deionisiertem Wasser entfernt wird. Ein dritter Schritt 104 des Prozesses umfasst, dass ein Material einer zweiten Beschichtung auf das an der Brennstoffzellenkomponente anhaftende Polyelektrolytpolymer aufgebracht wird. Das Material der zweiten Beschichtung kann beispielsweise ein Material sein, das hydrophile, negative funktionelle Gruppen aufweisende Nanopartikel aufweist.
Ein vierter Schritt 106 des Prozesses umfasst, dass jegliches Material der zweiten Beschichtung, das nicht an dem Polyelektrolytpolymer anhaftet, beispielsweise durch Spülen der Brennstoffzellenplatte in deionisiertem Wasser entfernt wird. Die Schritte 1 bis 4 (100–106) können mehrere Male wiederholt werden, um mehrere Schichten eines Polyelektrolytpolymers und eines daran anhaftenden Materials der zweiten Beschichtung aufzubauen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Brennstoffzellenkomponente eine Bipolarplatte, die ein Gasströmungsfeld aufweist, das durch eine Vielzahl von Stegen und Kanälen definiert ist, die in einer oberen Fläche der Bipolarplatte ausgebildet sind. Ein fünfter Schritt 107 des Prozesses umfasst, dass das Beschichtungsmaterial von den Stegen einer Bipolarplatte entfernt wird, während die Beschichtung immer noch feucht und nicht getrocknet und verfestigt ist. In den Kanälen der Bipolarplatte wird die Beschichtung zurückgelassen. Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst die Entdeckung, dass die Beschichtung, die Nanopartikel aufweist, leicht von der Bipolarplatte entfernt werden kann, während die Beschichtung immer noch feucht ist, und sogar, wenn eine Polyelektrolytbeschichtung auf die Platte aufgebracht worden ist, um die Anhaftung der Nanopartikelbeschichtung an der Platte zu verbessern.
2 ist ein Prozessflussdiagramm, das einen Prozess gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein erster Schritt 108 dieses Prozesses umfasst, dass Fett und/oder Schmutzstoffe von einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle durch Tauchen der Platte in eine Vorbehandlungslösung beispielsweise bei 65°C für drei Minuten entfernt werden. Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorbehandlungslösung einen Entfetter mit einer K2-Güte (FDA-Mikroelektronikgüte). Ein zweiter Schritt 110 des Prozesses umfasst, dass die Platte in einem ersten Bad aus deionisiertem Wasser beispielsweise bei 57°C für eine Minute gespült wird. Ein dritter Schritt 112 des Prozesses umfasst, dass die Platte in einem zweiten Bad aus deionisiertem Wasser beispielsweise bei 57°C für eine Minute gespült wird, um eine Reinspülung auszuführen. Ein vierter Schritt 114 des Prozesses umfasst, dass die Platte in eine erste wässrige Lösung, die ein erstes kationische funktionelle Gruppen aufweisendes Polyelektrolytpolymer enthält, beispielsweise für etwa zwei Minuten getaucht wird. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Polyelektrolytpolymer ein kationisches Polyacrylamid, beispielsweise Superfloc C-442 oder C-446, das von CYTEC erhältlich ist. Ein anderes Beispiel eines kationischen Polyacrylamidpolymers ist Polytech 7M, das von Polytech, Inc. erhältlich ist. Ein fünfter Schritt 116 des Prozesses umfasst, dass die Platte in einem dritten Bad aus deionisiertem Wasser beispielsweise bei 57°C für eine Minute gespült wird, um nicht anhaftendes erstes Polyelektrolytpolymer zu entfernen. Ein sechster Schritt 118 des Prozesses umfasst, dass die Platte in einem vierten Bad aus deionisiertem Wasser beispielsweise bei 57°C für eine Minute gespült wird, um eine Reinspülung auszuführen. Ein siebter Schritt 120 des Prozesses umfasst, dass die Platte in einer zweiten wässrigen Lösung, die ein Material der zweiten Beschichtung aufweist, beispielsweise bei 57°C für drei Minuten getaucht wird. Das Material der zweiten Beschichtung umfasst hydrophile, negative funktionelle Gruppen aufweisende Nanopartikel, wie X-Tec 4014 oder 3408, das von Nano-X erhältlich ist. Ein achter Schritt 122 des Prozesses umfasst, dass die Platte in einem fünften Bad aus deionisiertem Wasser beispielsweise bei 57°C für eine Minute gespült wird, um nicht anhaftendes Material der zweiten Beschichtung, das nicht an dem ersten Polyelektrolytpolymer anhaftet, zu entfernen. Ein neunter Schritt 124 des Prozesses umfasst, dass die Platte in einem sechsten Bad aus deionisiertem Wasser beispielsweise bei 57°C für eine Minute gespült wird, um eine Reinspülung auszuführen. Ein zehnter Schritt 126 des Prozesses umfasst, dass die Schritte 4 bis 9 (114–124) über insgesamt drei Durchläufe wiederholt werden, um mehrere Schichten von Polyelektrolytpolymer und dem Material der zweiten Beschichtung darauf aufzubauen. Ein elfter Schritt 127 des Prozesses umfasst, dass das Beschichtungsmaterial von den Stegen einer Bipolarplatte entfernt wird, während die Beschichtung immer noch feucht und nicht getrocknet und verfestigt ist. In den Kanälen der Bipolarplatte wird die Beschichtung zurückgelassen. Anschließend umfasst ein zwölfter Schritt 128 des Prozesses, dass die Platte getrocknet wird, beispielsweise durch Anordnen der Platte auf einem Trockengestell für 10 bis 15 Minuten.
Beispiele geeigneter Materialien der zweiten Beschichtung, die Nanopartikel aufweisen, sind in der ebenfalls anhängigen U.S. Patentanmeldung Seriennummer 60/707,705 des Anmelders offenbart, Beispiele derartiger Materialien der zweiten Beschichtung sind nachfolgend beschrieben. Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Brennstoffzellenkomponente, die ein Substrat aufweist, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, eine Bipolarplatte mit einem Polyelektrolytpolymer darauf und einem Material der zweiten Beschichtung, das Nanopartikel aufweist, auf dem Polyelektrolytpolymer. Die Nanopartikel können eine Größe im Bereich von etwa 2 bis etwa 100 Nanometern, bevorzugt etwa 2 bis etwa 20 Nanometern und am bevorzugtesten etwa 2 bis etwa 5 Nanometer besitzen. Die Nanopartikel können anorganische und/oder organische Materialien aufweisen. Das Material der zweiten Beschichtung kann eine Verbindung aufweisen, die funktionelle Hydroxyl-, Halid-, Carboxyl-, Keton- und/oder Aldehydgruppen umfasst. Das Material der zweiten Beschichtung kann die Brennstoffzellenkomponente, wie eine Bipolarplatte, hydrophil machen.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Brennstoffzellenkomponente mit einem Polyelektrolytpolymer darauf und einer permanenten hydrophilen Beschichtung, die Nanopartikel umfasst, die hydrophile Seitenketten aufweisen, auf dem Polyelektrolytpolymer.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die permanente hydrophile Beschichtung Nanopartikel, die 10 bis 90 Gewichtsprozent anorganische Strukturen, 5 bis 70 Gewichtsprozent hydrophile und 0 bis 50 Gewichtsprozent organische Seitenketten, die eine funktionelle Gruppe aufweisen, umfassen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die hydrophilen Seitenketten Amino-, Sulfonat-, Sulfat-, Sulfit-, Sulfonamid-, Sulfoxid-, Carboxylat-, Polyol-, Polyether-, Phosphat- oder Phosphonatgruppen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das Material der zweiten Beschichtung organische Seitenketten umfassen, und wobei die funktionellen Gruppen der organischen Seitenketten eine Epoxid-, Acryloxy-, Methacryloxy-, Glycidyloxy-, Allyl-, Vinyl-, Carboxyl-, Mercapto-, Hydroxyl-, Amid- oder Amino-, Isocyano-, Hydroxy- oder Silanolgruppen umfassen können. Bei einer Ausführungsform der Erfindung besitzt die Beschichtung einen pH im Bereich von 3 bis 10.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst, dass eine Aufschlämmungslösung, die Nanopartikel und einen Träger aufweist, auf einem Polyelektrolytpolymer auf einer Brennstoffzellenkomponente abgeschieden wird und anschließend der Träger abgetrieben wird. Der Träger kann Wasser, Alkohol und/oder andere geeignete Lösemittel umfassen. Bei einer Ausführungsform umfasst die Aufschlämmung 4 bis 5 Gewichtsprozent Nanopartikel, wobei der restliche Anteil der Träger ist. Bei einer Ausführungsform kann der Träger bei einer Temperatur im Bereich von etwa 80 bis etwa 180°C abgetrieben werden. Die Härteperiode kann im Bereich von 10 Minuten bei 80°C bis 10 Sekunden bei 180°C liegen.
Geeignete Aufschlämmungsmaterialien sind von Nano-X GmbH mit den Handelsbezeichnungen HP 3408 und HP 4014 erhältlich. Die Aufschlämmungsmaterialien können permanente hydrophile Beschichtungen vorsehen, die in der Lage sind, die Brennstoffzellenbetriebsbedingungen für mehr als 2500 Stunden auszuhalten. Die permanenten Beschichtungen können auf Metallen, wie Aluminium und rostfreiem Stahl mit hoher Güte, Polymersubstraten und elektrisch leitenden Verbundsubstraten, wie Bipolarplatten, ausgebildet werden.
Die U.S. Patentanmeldung Nr. US 2004/0237833 A1, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist, beschreibt eine Anzahl von Arten, um eine für die vorliegende Erfindung nützliche Aufschlämmung herzustellen, die nachfolgend wiedergegeben werden.
Beispiel 1. 221,29 g (1 mol) 3-Aminopropyltriethoxysilan werden zu 444,57 g Sulfobemsteinsäure, während gerührt wurde, hinzugesetzt und auf 120°C in einem Silikonbad für 5 Stunden erhitzt. Nachdem die Reaktionsmischung abgekühlt ist, werden 20 g des viskosen Fluids mit 80 g (0,38 mol) Tetraethoxysilan gemischt und in 100 g Ethylalkohol absorbiert. Die Lösung wird dann mit 13,68 g (0,76 mol) einer 0,1 N HCl-Lösung gemischt und in einem Wasserbad über Nacht bei 40°C temperiert. Dies resultiert in hydrophilen Nanopartikeln mit reaktiven Endgruppen von etwa 2 nm. Die resultierende Lösung wird mit einer Mischung aus 1/3 Wasser und 2/3 N-Methylpyrrolidon (NMP) auf einen Festsubstanzgehalt von 5% verdünnt und auf eine Glasplatte durch Sprühen in einer Feuchtfilmdicke von 10 bis 20 μm aufgetragen. Anschließend wird das Substrat in einer Umwälzlufttrockenkammer für 3 Stunden bei 150°C verdichtet.
Beispiel 2. Es werden 221,29 g (1 mol) 3-Aminopropyltriethoxysilan zu 444,57 g Sulfobernsteinsäure, während gerührt wurde, hinzugesetzt. Anschließend wird die Lösung auf 130°C in einem Silikonbad erhitzt. Nach einer Reaktionszeit von 1 Stunde werden 332,93 g einer alkalisch stabilisierten wässrigen Silicagellösung des Levasil-300/30%-Typs (pH = 10) der Reaktionslösung, während gerührt wurde, hinzugesetzt. Nach einer Reaktionszeit von 12 Stunden wird die Mischung mit Wasser auf einen Festsubstanzgehalt von 5% verdünnt. Dies resultiert in hydrophilen Nanopartikeln mit reaktiven Endgruppen von etwa 15 nm. Das System wird auf plasmaaktivierte Polycarbonattafeln mittels Überschwemmung aufgebracht und anschließend in einer Umwälzlufttrockenkammer für 5 Stunden bei 130°C getrocknet.
Beispiel 3. Es werden 123,68 g (0,5 mol) 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan zu 600 g (1 mol) Polyethylenglykol 600 hinzugesetzt und auf 130°C in einem Silikonbad erhitzt, nachdem 0,12 g Dibutylzinnlaurat (0,1 Gew.-% mit Bezug auf 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan) hinzugesetzt wurden. 25 g (0,12 mol) Tetraethoxysilan und 33,4 g (0,12 mol) 3-Glycidyloxypropyltriethoxysilan werden 50 g der resultierenden Lösung (Lösung A) während gerührt wurde, hinzugesetzt. Nach einem Zusatz von 15,12 g (0,84 mol) einer 0,1 N HCl-Lösung wird die Mischung hydrolysiert und bei Raumtemperatur für 24 Stunden kondensiert. Dies resultiert in hydrophilen Nanopartikeln mit reaktiven Endgruppen von etwa 5 nm.
Beispiel 4. Es wurden 12,5 g (0,05 mol) 3-Methacryloxypropyltrimethyloxysilan, 12,5 g einer 20% wässrigen CeO₂-Lösung (von Aldrich) und 50 g Ethylalkohol zu 50 g der Lösung A, die in der beispielhaften Ausführungsform 3 beschrieben ist, zugesetzt, während gerührt wurde, um die Mischung zu homogenisieren, und es erfolgte eine Hydrophilisierung für 48 Stunden. Nach Zusatz von 0,375 g Ingacure 184 von Ciba Spezialitaten Chemie (3 Gew.-% mit Bezug auf 3-Methacryloxypropyltrimethyloxysilan) wird die Mischung auf eine geflammte Polycarbonattafel durch Sprühen in einer Feuchtfilmdicke von höchstens 30 μm aufgebracht und zuerst thermisch in einer Umwälzlufttrockenkammer bei 130°C für 10 min. getrocknet. Diesem folgte ein photochemisches Trocknen mit Hg-Emittern mit einer Strahlungsabgabe von 1–2 J/cm².
Der Schutzumfang der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Materialien der zweiten Beschichtung und Verfahren zur Herstellung derselben beschränkt, sondern umfasst andere Materialien der zweiten Beschichtung, die Nanopartikel aufweisen und die auf dem Polyelektrolytpolymer auf der Brennstoffzellenkomponente ausgebildet sind. Das folgende ist eine Beschreibung zusätzlicher Ausführungsformen von Materialien der zweiten Beschichtung und Verfahren zur Herstellung derselben.
Beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, umfassen geeignete Nanopartikel SiO₂, andere Metalloxide, wie HfO₂, ZrO₂, Al₂O₃, SnO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, MoO₂, IrO₂, RuO₂, metastabile Oxynitride, nicht-stöchiometrische Metalloxide, Oxynitride und Derivate davon mit Kohlenstoffketten oder mit Kohlenstoff oder Mischungen davon.
Bei einer Ausführungsform ist das Material der zweiten Beschichtung hydrophil und umfasst zumindest eine Si-O-Gruppe, zumindest eine polare Gruppe und zumindest eine Gruppe mit einer gesättigten oder ungesättigten Kohlenstoffkette. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die polare Gruppe eine funktionelle Hydroxyl-, Halid-, Carboxyl-, Keton- oder Aldehydgruppe umfassen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Kohlenstoffkette gesättigt oder ungesättigt sein und kann zwischen 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisen. Das Material der zweiten Beschichtung kann zusätzliche Elemente oder Verbindungen aufweisen, umfassend beispielsweise Au, Ag, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, Seltenerdmetalle, Legierungen davon, Polymerkohlenstoff- oder Graphit, um die Leitfähigkeit zu verbessern.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Material der zweiten Beschichtung eine Si-O-Gruppe und eine Si-R-Gruppe, wobei R eine gesättigte oder ungesättigte Kohlenstoffkette umfasst, und wobei das Molverhältnis von Si-R-Gruppen zu Si-O-Gruppen im Bereich von 1/8 bis ½, bevorzugt ¼ bis ½ liegt. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Material der zweiten Beschichtung ferner Hydroxylgruppen, um die Hydrophilie der Beschichtung zu verbessern.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Brennstoffzellenkomponente, die eine Komponente mit einem Polyelektrolytpolymer darauf und einem Material der zweiten Beschichtung auf dem Polyelektrolytpolymer aufweist, und wobei die Beschichtung von einem Siloxan abgeleitet ist. Das Siloxan kann linear, verzweigt oder zyklisch sein. Bei einer Ausführungsform besitzt das Siloxan die Formel R₂SiO, wobei R eine Alkylgruppe ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Material der zweiten Beschichtung von einem Material abgeleitet, mit der Formel:
wobei R1, R2, R3, R4, R5 und R6 jeweils H, O, Cl oder eine gesättigte oder ungesättigte Kohlenstoffkette mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen sein können, und wobei R1, R2, R3, R4, R5 und R6 gleich oder verschieden sein können.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Material der zweiten Beschichtung von einem Material abgeleitet, mit der Formel:
wobei R1, R2, R3, R4, R5 und R6 jeweils H, O, Cl oder eine gesättigte oder ungesättigte Kohlenstoffkette mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen sein können, und wobei R1, R2, R3, R4, R5 und R6 gleich oder verschieden sein können und zumindest eines aus R1, R2, R3, R4, R5 oder R6 eine Kohlenstoffkette mit zumindest einem Kohlenstoffatom ist.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Brennstoffzellenkomponente mit einem Polyelektrolytpolymer darauf und einem Material der zweiten Beschichtung auf dem Polyelektrolytpolymer, wobei das Material der zweiten Beschichtung Nanopartikel mit einer Größe im Bereich von 1 bis 100 nm, bevorzugt 1 bis 50 nm und am bevorzugtesten 1 bis 10 nm umfasst, und wobei die Nanopartikel eine Verbindung umfassen, die Silizium, eine gesättigte oder ungesättigte Kohlenstoffkette und eine polare Gruppe umfasst. Bei einer Ausführungsform kann die zweite Beschichtung eine mittlere Dicke von 80 bis 100 nm aufweisen.
Wie in 3 gezeigt ist, kann die Brennstoffzellenkomponente eine Bipolarplatte sein, die ein relativ dünnes Substrat 12 aufweist, das geprägt bzw. gestanzt worden ist, um ein Gasströmungsfeld zu definieren, das durch eine Vielzahl von Stegen 16 und Kanälen 14 definiert ist (durch die die Gase strömen). Die wässrige Lösung, die ein Polyelektrolytpolymer aufweist, kann über einer oberen Fläche 18 der Bipolarplatte abgeschieden werden, so dass zumindest ein Anteil des Polyelektrolytpolymers an dem Substrat 12 anhaftet, um eine erste Schicht 20 zu bilden. Die wässrige Lösung, die ein Polyelektrolytpolymer aufweist, kann über der oberen Fläche 18 abgeschieden werden, bevor oder nachdem das Substrat 12 geprägt worden ist. Anschließend kann eine wässrige Lösung, die ein Material der zweiten Beschichtung aufweist, auf die erste Schicht 20 des Polyelektrolytpolymers aufgebracht werden und getrocknet werden, um ein Material 22 der zweiten Beschichtung auf der ersten Schicht 20 des Polyelektrolytpolymers zu bilden. Das Substrat 12 kann ein Metall, wie rostfreier Stahl sein.
Unter Bezugnahme auf 4 weist eine andere Ausführungsform der Erfindung eine Bipolarplatte 10 für eine Brennstoffzelle auf, die ein Substrat 12 aufweist, das bearbeitet worden ist, um ein Gasströmungsfeld zu definieren, das durch eine Vielzahl von Stegen 16 und Kanälen 14 definiert ist (durch die die Gase strömen). Die wässrige Lösung, die ein Polyelektrolytpolymer aufweist, kann über einer oberen Fläche 18 der Bipolarplatte abgeschieden werden, so dass zumindest ein Anteil des Polyelektrolytpolymers an dem Substrat 12 anhaftet, um eine erste Schicht 20 zu bilden. Anschließend kann eine wässrige Lösung, die ein Material der zweiten Beschichtung aufweist, auf die erste Schicht 20 des Polyelektrolytpolymers aufgebracht werden und getrocknet werden, um ein Material 22 der zweiten Beschichtung auf der ersten Schicht 20 des Polyelektrolytpolymers auszubilden. Das Substrat 12 kann ein Metall, wie rostfreier Stahl sein.
Unter Bezugnahme auf 5 kann bei einer Ausführungsform das Substrat 12 mit einer ersten Schicht 20 eines Polyelektrolytpolymers beschichtet werden, und ein Maskierungsmaterial 24 kann selektiv über der ersten Schicht 20 abgeschieden werden. Anschließend kann ein Material 22 der zweiten Beschichtung über der ersten Schicht 20 und dem Maskierungsmaterial 24 abgeschieden werden. Wie in 6 gezeigt ist, können das Maskierungsmaterial 24 und das Material der zweiten Beschichtung direkt über dem Maskierungsmaterial 24 entfernt werden, um einen selektiven Abschnitt des Materials 22 der zweiten Beschichtung auf der ersten Schicht 20 zurückzulassen. Das Substrat 12 kann geprägt sein, so dass das Material der zweiten Beschichtung sich in den Kanälen 14 eines Gasströmungsfeldes befindet. Die wässrige Lösung, die das Polyelektrolytpolymer aufweist, und die wässrige Lösung, die das Material der zweiten Beschichtung aufweist, können jeweils auf dem Substrat 12 durch Tauchen, Sprühen, Walzen, Bürsten oder dergleichen aufgetragen oder abgeschieden werden.
Nun Bezugnehmend auf 7 kann bei einer anderen Ausführungsform ein Maskierungsmaterial 24 selektiv über der oberen Fläche 18 des Substrates 12 abgeschieden werden. Eine erste Schicht 20 eines Polyelektrolytpolymers kann über dem Maskierungsmaterial 24 und den nichtmaskierten Abschnitten der oberen Fläche des Substrates 12 ausgebildet werden. Dann kann ein Material 22 der zweiten Beschichtung über der ersten Schicht 20 ausgebildet werden. Anschließend können das Maskierungsmaterial 24 und der Abschnitt der ersten Schicht 20 und das Material 22 der zweiten Beschichtung direkt über dem Maskierungsmaterial 24 entfernt werden, um freiliegenden Abschnitte 18' der oberen Fläche des Substrats 12 zurückzulassen, wie in 8 gezeigt ist. Ähnliche Maskierungstechniken können für maschinell bearbeitete Substrate verwendet werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein Beschichtungsprozess den oben beschriebenen Beschichtungsprozess unter Verwendung einer wässrigen Lösung, die einen Polyelektrolyt aufweist, verwenden, muss dies jedoch nicht. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine Brennstoffzellenkomponente in ein Bad getaucht, das die oben beschriebenen Nanopartikel und eine flüssige Phase enthält, die ein Nanopartikeldispersionsmittel in einer Menge von zumindest 30 Volumenprozent der flüssigen Phase enthält. Die flüssige Phase kann 30 bis 100 Volumenprozent eines Nanopartikeldispersionsmittels oder einen beliebigen Volumenprozentsatz dazwischen enthalten. Die flüssige Phase kann auch Wasser in einer Menge von 0,1 bis 70 Volumenprozent der flüssigen Phase oder einen beliebigen Volumenprozentsatz dazwischen enthalten. Geeignete Nanopartikeldispersionsmittel umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Alkohole, die zumindest eines aus Methanol, Ethanol oder Propanol enthalten. Jegliches organische Lösemittel, das eine Lösung mit Wasser bildet und Dispersionseigenschaften vorsieht, wird als ein geeignetes Dispersionsmittel betrachtet. Wenn X-Tec 3408 oder 4014 verwendet werden, bilden die Nanopartikel 4 bis 5 Gewichtsprozent des X-Tec-Materials. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können die Nanopartikel in einer Menge von 0,2 bis 5 Gewichtsprozent der Badlösung vorliegen.
Nachdem die Brennstoffzellenkomponente in das oben beschriebene Bad getaucht und davon entfernt worden ist, kann die Brennstoffzellenkomponente optional in Wasser (wie DI-Wasser) gespült werden, um jegliche Beschichtung, die nicht an der Brennstoffzellenkomponente anhaftet, zu entfernen, und kann anschließend getrocknet werden, indem die Brennstoffzellenkomponente zumindest einem aus Umgebungsluft, Konvektionsofen, Infrarot- oder Mikrowellenenergie ausgesetzt wird. Das Tauchen, Spülen und Trocknen erzeugt eine Beschichtung aus Nanopartikeln mit einer Dicke von zumindest 25 nm. Bei einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt das Tauchen, Spülen und Trocknen eine Nanopartikelbeschichtung auf der Brennstoffzellenkomponente mit 0,4 Atomgewichtsprozent Silizium in der Beschichtung.
Anschließend kann das Tauchen, Spülen und Trocknen mehrere Male wiederholt werden, um mehrere Schichten einer Nanopartikelbeschichtung auf der Brennstoffzellenkomponente aufzubauen. Beispielsweise kann das Tauchen, Spülen und Trocknen zumindest auf derselben Brennstoffzellenkomponente durchgeführt werden, um eine Nanopartikelbeschichtung zu erzeugen, die zumindest 100 Nanometer dick ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden das Tauchen, Spülen und Trocknen wiederholt, um eine Nanopartikelbeschichtung auf der Brennstoffzellenkomponente mit 1,5 Atomgewichtsprozent Silizium in der Beschichtung zu erzeugen. Geeignete Materialien für die Nanopartikel sind oben beschrieben, insbesondere X-Tec 3408 und/oder 4014, das von Nano-X erhältlich ist, oder Silika-Nanopulver, die von Sigma-Aldrich erhältlich sind. Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst zumindest 1 Volumenteil X-Tec 3408 oder 4014 zu 19 Volumenteilen Lösemittel, wobei das Lösemittel zumindest 30 Volumenprozent Alkohol in Wasser ist.
Bezugnehmend auf 9 umfasst eine Ausführungsform der Erfindung eine Brennstoffzellenkomponente 10, wie eine Bipolarplatte, die ein Substrat 12 aufweist, das ein Gasströmungsfeld besitzt, das durch eine Vielzahl von Stegen 16 und Kanälen 14 definiert ist. Eine erste Schicht 20 eines Polyelektrolytpolymers befindet sich über einer oberen Fläche 18 des Substrats. Die erste Schicht 20 umfasst mehrere Schichten 19, 21, von denen jede ein Polyelektrolytpolymer aufweist, das gemäß dem oben beschriebenen wässrigen Beschichtungsprozess ausgebildet ist. Eine zweite Schicht 22 aus Nanopartikeln ist über der ersten Schicht 20 des Polyelektrolytpolymers vorgesehen. Die zweite Schicht 22 aus Nanopartikeln kann aus mehreren Schichten 200, 202, 204, 206 ausgebildet sein, von denen jede Nanopartikel enthält und die durch den oben beschriebenen Tauchprozess zum Abscheiden aufeinander folgender Schichten von Nanopartikeln ausgebildet sind. Die Schichten 200, 202, 204, 206 sind bei einer Ausführungsform der Erfindung gemeinsam zumindest 100 nm dick und besitzen zusammen zumindest 1,5 Atomgewichtsprozent Silizium.
Nun Bezugnehmend auf 10 ist bei einer Ausführungsform der Erfindung die Brennstoffzellenkomponente eine Bipolarplatte 12 mit einem Gasströmungsfeld, das in einer oberen Fläche ausgebildet ist und durch eine Vielzahl von Stegen 16 und Kanälen 14 definiert ist. Eine Polyelektrolytbeschichtung 20 und eine Nanopartikelbeschichtung 22 sind jeweils auf den Stegen 16 und Kanälen 14 abgeschieden, wie oben beschrieben ist. Während die Beschichtungen 20, 22 von dem Spülbad immer noch feucht sind und nicht getrocknet und verfestigt sind, werden die Beschichtungen 20, 22 über den Stegen 16 entfernt, wodurch die Beschichtungen 20, 22 in den Kanälen 14 zurückgelassen werden. Die Beschichtung über den Stegen 16 kann durch Wischen, Abschaben, Abreiben oder leichtes mechanisches Abschleifen der Beschichtungen 20, 22 entfernt werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Klinge 300 über die Stege 16 bewegt, um die Beschichtungen 20, 22 von den Stegen 16 abzuwischen. Die Klinge 300 kann aus Metallen, Polymer (beispielsweise Kunststoffe), elastischen Materialien (beispielsweise Gummis) oder Kompositen ausgebildet sein. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Klinge 300 eine Gummirakel. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung 20, 22 von den Stegen 16 durch Bewegen eines Gewebes oder elastischen Materials über die Stege 16 entfernt werden.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und somit sind Abwandlungen, die nicht von dem Erfindungsgedanken der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Abwandlungen werden nicht als Abweichung von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung betrachtet.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, umfassend, dass: eine wässrige Lösung, die ein kationische funktionelle Gruppen aufweisendes Polyelektrolytpolymer umfasst, auf eine Bipolarplatte aufgebracht wird, so dass das Polyelektrolytpolymer an der Platte anhaftet, anschließend die Bipolarplatte in ein Bad getaucht wird, das negative funktionelle Gruppen umfassende, hydrophile Nanopartikel und eine flüssige Phase umfasst, die ein Nanopartikeldispersionsmittel umfasst, und wobei die Bipolarplatte eine obere Fläche aufweist, die eine Vielzahl von darin ausgebildeten Stegen und Kanälen aufweist; die Brennstoffzellenbipolarplatte von dem Bad entfernt wird, so dass eine Beschichtung, die Nanopartikel umfasst, an der Brennstoffzellenbipolarplatte anhaftet; während die Beschichtung feucht ist und bevor die Beschichtung getrocknet und verfestigt ist, die Nanopartikel umfassende Beschichtung von den Stegen der Bipolarplatte entfernt wird, wodurch eine Nanopartikel umfassende Beschichtung in den Kanälen zurückbleibt; und die Beschichtung in den Kanälen getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen der Beschichtung von den Stegen umfasst, dass die Beschichtung von den Stegen gewischt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Wischen umfasst, dass eine Klinge, eine Rakel, ein Gewebe oder ein elastisches Material über die Stege bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Klinge ein Metall, ein elastisches Material, einen Gummi oder einen Komposit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfasst, dass die Brennstoffzellenkomponente gespült wird, um jegliche Nanopartikel, die nicht ausreichend an der Brennstoffzellenkomponente anhaften, vor dem Trocknen der Beschichtung in den Kanälen zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dispersionsmittel einen Alkohol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Dispersionsmittel zumindest 30 Volumenprozent Alkohol bezogen auf die flüssige Phase enthält.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die flüssige Phase ferner Wasser in einer Menge von 0,1 bis 70 Volumenprozent bezogen auf die flüssige Phase umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Alkohol Methanol, Ethanol und/oder Propanol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfasst, dass ein Material einer zweiten, negative funktionelle Gruppen aufweisenden Beschichtung auf das an der Komponente anhaftende Polyelektrolytpolymer aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nanopartikel Siloxan oder Siliziumdioxid umfassen.
Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, welches die nachfolgenden Schritte umfasst: (a) eine wässrige Polyelektrolytpolymerlösung, wobei das Polyelektrolytpolymer kationische funktionelle Gruppen aufweist, wird auf eine Brennstoffzellenbipolarplatte aufgebracht, die eine obere Fläche aufweist, die eine Vielzahl von Stegen und Kanälen besitzt, so dass das Polyelektrolytpolymer an der Platte anhaftet; (b) Polyelektrolytpolymer, das nicht an der Platte anhaftet, wird entfernet; (c) ein Material einer zweiten, negative funktionelle Gruppen umfassenden Beschichtung wird auf das an der Platte anhaftende Polyelektrolytpolymer aufgebracht; (d) Material der zweiten Beschichtung, das nicht an dem an der Platte anhaftenden Polyelektrolytpolymer anhaftet, wird entfernt; (e) die Brennstoffzellenbipolarplatte wird in ein Bad getaucht wird, das hydrophile Nanopartikel und eine flüssige Phase, die ein Nanopartikeldispersionsmittel umfasst, umfasst; (f) die Brennstoffzellenbipolarplatte wird aus dem Bad entfernt, so dass eine Beschichtung von Nanopartikeln an der Brennstoffzellenkomponente anhaftet, und die Beschichtung wird getrocknet; (g) die Brennstoffzellenbipolarplatte wird gespült, um jegliche Nanopartikel, die nicht ausreichend an der Brennstoffzellenkomponente anhaften, zu entfernen; (h) während die Beschichtung feucht ist und bevor die Beschichtung getrocknet und verfestigt wird, wird die Nanopartikel umfassende Beschichtung von den Stegen der Bipolarplatte entfernt, wobei eine Nanopartikel umfassende Beschichtung in den Kanälen zurückbleibt; und (i) die Beschichtung in den Kanälen wird getrocknet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Entfernen der Beschichtung von den Stegen umfasst, dass die Beschichtung von den Stegen gewischt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Wischen umfasst, dass eine Klinge über die Stege bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner umfasst, dass die Schritte (a) bis (d) mehrere Male wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner umfasst, dass die Schritte (f) bis (g) mehrere Male wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend, dass: (a) Fett und Schmutzstoffe von der Brennstoffzellenbipolarplatte durch Tauchen der Platte in eine Vorbehandlungslösung entfernt werden; (b) die Platte in einem ersten Bad aus deionisiertem Wasser gespült wird; (c) die Platte in einem zweiten Bad aus deionisiertem Wasser gespült wird; (d) die Platte in eine erste wässrige Lösung eines ersten, kationische funktionelle Gruppen aufweisenden Polyelektrolytpolymers getaucht wird; (e) die Platte in einem dritten Bad aus deionisiertem Wasser gespült wird, um nicht an der Platte anhaftendes erstes Polyelektrolytpolymer zu entfernen; (f) die Platte in einem vierten Bad aus deionisiertem Wasser gespült wird; (g) die Platte in eine zweite Dispersion, die ein Material einer zweiten Beschichtung umfasst, getaucht wird, wobei die zweite Dispersion negative funktionelle Gruppen umfassende, hydrophile Nanopartikel und einen Alkohol aufweist; (h) die Platte in einem vierten Bad aus deionisiertem Wasser gespült wird, um Material der zweiten Beschichtung, das nicht an dem an der Platte anhaftenden ersten Polyelektrolytpolymer anhaftet, zu entfernen; (i) die Platte in einem fünften Bad aus deionisiertem Wasser gespült wird; (j) die Schritte (d) bis (i) über drei Durchgänge wiederholt werden; (k) jegliche Beschichtung von den Stegen entfernt wird, während die Beschichtungen von dem Spülen immer noch feucht sind; (l) die Platte getrocknet wird.