ES2199827T3 - Componente tal como una estructura de celdas y/o placa polar para una pila de combustible pem con resistencia de contacto reducida y procedimiento para reducir la resistencia del contacto. - Google Patents
Componente tal como una estructura de celdas y/o placa polar para una pila de combustible pem con resistencia de contacto reducida y procedimiento para reducir la resistencia del contacto.Info
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Abstract
Pila de combustible con, al menos, un componente compuesto de material resistente a la corrosión, como una placa polar y/o una estructura de celdas, caracterizada porque para reducir la resistencia de contacto en, como mínimo, un lugar y/o cara del componente, está presente una capa de contacto de metal noble, con lo que el espesor medio de la capa de contacto de metal noble es de 0, 1 m, y con lo que el recubrimiento de metal comprende senderos de conducción y/o islas de conducción discretos.
Description
Componente tal como una estructura de celdas y/o
placa polar para una pila de combustible PEM con resistencia de
contacto reducida y procedimiento para reducir la resistencia de
contacto.
La invención se refiere a una pila de combustible
con al menos un componente como una estructura de celdas y/o una
placa polar con superficie recubierta y con resistencia de contacto
reducida. Además, la invención se refiere a un procedimiento para
reducir la resistencia de contacto.
A partir del documento DE 44 42 285 C1 y del
documento DE 197 0119 se conocen estructuras de celdas y placas
polares especiales para pilas de combustible PEM hechas de
materiales resistentes a la corrosión. En este caso, se trata de
materiales basados en hierro, que aportan ventajas técnicas para la
fabricación. La resistencia a la corrosión de estos materiales hay
que atribuirla a la formación de una capa de
óxido-pasivado, mediante la cual, sin embargo, se
aumenta drásticamente la resistencia de contacto entre el colector
de corriente y la placa polar, de modo que aparecen pérdidas de
tensión considerables. Para reducir esta resistencia de contacto,
la placa polar, por ejemplo, se chapea al oro de forma homogénea
con un espesor de la capa de \geq 0,5 \mum, o se recubre con
otro metal noble.
Usualmente, las capas de recubrimiento de oro son
permanentes. Normalmente se recubre con un espesor de la capa de
hasta 0,5 \mum. Correspondiendo a este revestimiento de metal
noble relativamente grueso, los gastos de este recubrimiento de
superficie también son muy altos. A partir del documento DE 69 125
425 T2 se conoce un chapeado de oro de capa delgada para
superconductores, en el que se aplica una capa protectora de metal
noble homogénea entre dos capas superconductoras.
Sin embargo, las exigencias para la capa
protectora anterior son diferentes que las de una capa conductora
eléctrica para reducir la resistencia de contacto. Por eso, esta
capa conocida tiene un perfil de propiedades específico como, por
ejemplo, en relación a la capacidad de conducción eléctrica y a la
resistencia de contacto. También se utiliza allí otro procedimiento
de fabricación.
A partir del documento US 5 549 808 se conoce un
procedimiento para recubrir contactos, en el que se aplican capas
buenas conductoras eléctricas en el intervalo de micras o submicras
sobre los contactos. Además, se trata, especialmente, de contactos
para estructuras semiconductoras.
Por el contrario, es tarea de la presente
invención reducir los gastos del recubrimiento de la superficie del
componente con metal noble en una pila de combustible con al menos
un componente de material resistente a la corrosión como, por
ejemplo, una placa polar y/ o una estructura de celdas y, al mismo
tiempo, minimizar la resistencia de contacto en el componente.
Además, es tarea de la invención indicar un procedimiento
correspondiente para reducir la resistencia de contacto.
La tarea se soluciona según la invención mediante
una pila de combustible del tipo citado al principio, mediante las
características de la reivindicación 1. Un procedimiento
correspondiente es objeto de la reivindicación 5 dependiente. En las
reivindicaciones dependientes se indican perfeccionamientos
correspondientes.
Con la invención se crea una pila de combustible,
especialmente, una pila de combustible PEM, en la que está presente
una capa de contacto de metal noble sobre un componente de material
resistente a la corrosión, como una placa polar y/o una estructura
de celdas, en como mínimo un lugar y/o cara. Además, el espesor
medio de la capa de contacto de metal noble es de al menos 0,1
\mum. El espesor de la capa puede ser menor de 0,05 \mum y,
dado el caso, menor de
\hbox{0,3 \mu m,} o también 0,2
\mum. Especialmente, el espesor de la capa puede estar en el
intervalo entre 1 y 10 nm (0,01 \mum), es decir, por lo tanto,
en el intervalo de los nanómetros.
Además, es objeto de la invención un
procedimiento para reducir la resistencia de contacto de un
componente mediante el recubrimiento con metal noble, con lo que la
capa de metal noble se aplica con un espesor de la capa de máximo
0,1 \mum.
Con el procedimiento según la invención se
consigue una reducción de la resistencia de contacto del componente
de pila de combustible mediante el recubrimiento con metal noble,
con lo que la capa de metal noble se aplica con un espesor de capa
máximo de 0,1 \mum.
Por "recubrimiento" no se indica,
preferiblemente, en el presente contexto, un recubrimiento
permanente, homogéneo, grueso ("sin picaduras"), continuo y/o
que cubre la superficie sino un recubrimiento del componente que,
como mínimo, comprende islas discretas y planas y/o senderos de los
átomos de metal noble correspondientes.
Las islas discretas y/o senderos del
recubrimiento se señalan como islas conductoras y/o senderos
conductores, porque, al contrario que la superficie normal del
componente que la rodea, que generalmente está afectada de una capa
de óxido de pasivado, son sectores del componente con escasa
resistencia.
La isla conductora mínima y/o el espesor del
sendero conductor y/o la ocupación mínima con átomos de metal noble
en el recubrimiento, en el que una cantidad suficiente de senderos
con capacidad conductora atraviesan la capa de óxido/ pasivado
existente del componente recubierto, es de tal manera que la
resistencia de contacto macroscópica desciende a menos de
20m\Omegacm2.
Con "espesor medio de la capa de contacto de
metal noble" y/o "espesor de la capa" se señala una altura
teórica, que se produce, cuando se supone un reparto homogéneo de
los senderos conductores presentes eventualmente de forma discreta.
Por ejemplo, este calculo resulta de una altura media del sendero
conductor de 0,17 \mum y de una ocupación del 30% de un "
espesor medio de capa de contacto de metal noble" de 0,051
\mum.
Otros ejemplos para calcular el espesor medio
son:
Altura media del sendero conductor: 0,17
\mum.
Ocupación 18%: espesor medio: 0,03 \mum;
| \hskip1cm 50%: | 0,09 \mum |
| \hskip1cm 10%: | 0,017 \mum |
Promedio de ocupación: 20%
Altura del sendero conductor: 0,15 \mum:
espesor medio: 0,03 \mum
| \hskip1cm 0,10 \mum: | 0,02 \mum |
| \hskip1cm 0,20 \mum: | 0,04 \mum |
Preferiblemente, el espesor de la capa que se
aplica según el procedimiento, es inferior/igual a 0,1 \mum,
preferiblemente inferior/igual a 0,05 \mum y, de forma
especialmente preferida, inferior/igual a 0,03 \mum. También se
realizan espesores de capa de menos de 0,02 \mum. En una
realización se consiguió un espesor de capa de 0,015 \mum.
Según un desarrollo del procedimiento, el
recubrimiento de metal noble se aplica de forma electroquímica
mediante un contacto único de la placa polar y/o de la estructura
de celdas. Además, la superficie del componente a recubrir se
activa, por así decirlo, con el metal noble, de modo que la
resistencia de contacto del componente a otro elemento de contacto
se reduce o, en el caso ideal, se acerca a cero.
Según un desarrollo de la invención, el
recubrimiento de metal noble del componente, de la placa polar y/o
de la estructura de celdas no cubre la superficie, de modo que el
recubrimiento de metal noble comprende senderos conductores y/o
islas conductoras discretas.
Según otro desarrollo del componente, la capa de
contacto se compone de una capa continua de metal noble, por
ejemplo, de una capa de oro en el margen de nanómetros (por
ejemplo, 1 a 10nm).
Según otro desarrollo de la invención, no todas
las caras del componente están recubiertas con metal noble, de modo
que, por ejemplo, sólo se aplica un recubrimiento de metal noble en
la cara, en la que tiene lugar un traspaso de corriente desde el
colector de corriente a la placa polar. Del mismo modo, también
puede estar recubierta sólo una determinada zona de una o varias
caras del componente.
Como metales nobles se emplean preferiblemente
oro, plata, paladio, cobre, rodio, iridio y platino, así como
aleaciones arbitrarias y mezclas de estos metales.
El procedimiento posibilita, mediante una
activación previa apropiada y el subsiguiente chapeado previo con
oro, la fabricación del denominado oro de contacto previo, es decir,
un revestimiento, que se caracteriza por un espesor extremadamente
reducido de la capa de recubrimiento de metal noble, mediante el
cual puede reducirse la demanda de metal noble y, con ello, los
gastos del tratamiento superficial.
Mediante la utilización de electrometalización
(entre otras cosas también en combinación con el contacto de
presión del chapeado de oro) es posible, recubrir con capas de oro
selectivamente sólo una cara, por ejemplo, la cara de la placa polar
y/o de la estructura de celdas orientada al espacio anódico o
catódico, mientras que la otra, es decir, por ejemplo, la cara de la
placa polar orientada al circuito de refrigeración, permanece sin
recubrimiento.
En la electrometalización se reviste el
componente a recubrir con una máscara, que protege del
recubrimiento los lugares enmascarados de la placa polar. Después
del recubrimiento de contacto realizado, entonces se retira
nuevamente la máscara.
En otro desarrollo del procedimiento, el
componente se recubre en un procedimiento continuo y automatizado,
de modo que el procedimiento puede ser producido en masa.
Al emplear un desarrollo de la invención se
consigue alcanzar una resistencia de contacto entre una placa polar
y un colector de corriente de menos de 3 m\Omegacm^{2} (con
fuerza de compresión de 16 bares) o de 7 m\Omegacm^{2} (con 4
bares).
La invención posibilita unir las ventajas de un
recubrimiento de metal noble, que, por ejemplo, reduce la
resistencia de contacto entre la placa polar y el colector de
corriente de una pila de combustible, con bajos gastos de
producción. Esto se posibilita porque se probó que también con un
recubrimiento de metal noble mínimo, sin discontinuidad se consigue
una reducción suficiente, y a veces incluso mejorada, de la
resistencia de contacto entre un componente y un elemento de
contacto. El recubrimiento puede ser tan delgado que,
eventualmente, no se reconoce a simple vista.
Claims (8)
1. Pila de combustible con, al menos, un
componente compuesto de material resistente a la corrosión, como
una placa polar y/o una estructura de celdas, caracterizada
porque para reducir la resistencia de contacto en, como mínimo, un
lugar y/o cara del componente, está presente una capa de contacto
de metal noble, con lo que el espesor medio de la capa de contacto
de metal noble es de \leq0,1 \mum, y con lo que el
recubrimiento de metal comprende senderos de conducción y/o islas de
conducción discretos.
2. Pila de combustible según la reivindicación 1,
caracterizada porque la capa de contacto de metal noble
tiene un espesor de \leq0,05 \mum, preferiblemente de \leq
0,03 \mum, especialmente de \leq 0,02 \mum.
3. Pila de combustible según la reivindicación 2,
caracterizada porque el espesor de la capa se sitúa en el
intervalo de nanómetros entre 1 y 10 nm.
4. Pila de combustible según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el metal noble
es oro.
5. Procedimiento para reducir la resistencia de
contacto en los componentes de una pila de combustible, como una
placa polar y/o una estructura de celdas, mediante el recubrimiento
con metal noble, con lo que el metal noble con un espesor de la capa
de máximo 0,1 se aplica como senderos de conducción y/o islas de
conducción discretos.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el
que la fabricación del recubrimiento de metal noble está incluida
en un desarrollo de proceso continuo.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 ó 6, en el que se emplea oro como metal
noble.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 5 a 7, en el que se recubren selectivamente sólo
determinados lugares y/o caras del componente.
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