JP2009505350A - ナノ粒子を含む被覆を有する燃料電池部品 - Google Patents
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Abstract
Description
によって説明される。長方形のチャネルに関してはα/2=45°であり、これは静的接触角が45°未満である場合に自然湿潤が起こることを示している。複合バイポーラプレートを用いる現在の燃料電池スタックデザインにおいて用いられているほぼ長方形のチャネルに関しては、これはチャネルの水移送に対する親水性プレート表面の有益な効果及び低い負荷安定性を実現するために必要な接触角に対するおおよその上限を設定する。
本発明の一態様は、基材及び基材の上に配置されている被覆を含み、被覆が2〜100nmの範囲の寸法を有するナノ粒子を含む、燃料電池部品を含む製品を包含する。
本発明の一態様は、ナノ粒子を含む被覆を有するバイポーラプレートのような(但しこれに限定されない)基材を有する燃料電池部品を包含する。ナノ粒子は、約2〜約100nm、好ましくは約2〜約20nm、最も好ましくは約2〜約5nmの範囲の寸法を有することができる。ナノ粒子は、無機及び/又は有機材料を含むことができる。被覆は、また、ヒドロキシル官能基、ハライド官能基、カルボキシル官能基、ケトン官能基、及び/又はアルデヒド官能基を含む化合物を含むことができる。被覆は、バイポーラプレートのような燃料電池部品を親水性にする。
本発明の一態様は、10〜90wt%の無機構造体、5〜70wt%の親水性側鎖、及び0〜50wt%の官能基を有する有機側鎖を含むナノ粒子を含む親水性被覆を有する燃料電池部品を包含する。かかる材料の組み合わせによって、表面の親水化が与えられ、被覆は親水性の側鎖を有するナノスケールの粒子から構成され、これを焼結することができる。
本発明の範囲は、上記記載の材料及びそれを製造する方法に限定されるものではなく、燃料電池部品上に形成されたナノ粒子を含む他の被覆も包含する。以下は、被覆の更なる態様及びその製造方法の説明である。
を有する材料から誘導される燃料電池部品を包含する。
を有する材料を含む前駆体ガスから被覆をプラズマ化学気相成長させることを含み、更にプラズマ化学気相成長させた被覆を処理して極性基を与えることを含む方法によって形成される製品を包含する。本発明の他の態様においては、R1、R2、R3、R4、R5、及びR6の少なくとも一つは、少なくとも一つの炭素原子を有する炭素鎖である。
本発明の他の態様は、その上に被覆を有し、被覆が、1〜100nm、好ましくは1〜50nm、最も好ましくは1〜10nmの範囲の寸法を有するナノ粒子を含み、ナノ粒子が、ケイ素、飽和又は不飽和の炭素鎖、及び極性基を有する化合物を含む、燃料電池部品を包含する。
図14Bは、図14Aの外皮500の上に被覆を堆積させることを含み、被覆50がバイポーラプレートのランド76及びチャネル74の上にも配置されている本発明の一態様による方法を示す。
本発明の他の態様においては、Si−O及びSi−R(式中、Rは飽和又は不飽和の炭素鎖である)基を有する被覆を、ステンレススチールの箔のような平坦な基材上に選択的に堆積させ、その後、例えば押圧によって、複数のランド及びチャネルを含む気体流場を有し、被覆がチャネル内に堆積されているバイポーラプレートに成形する。
Claims (61)
- 基材及び基材の上に配置されている被覆を含み、被覆が2〜100nmの範囲の寸法を有するナノ粒子を含む、燃料電池部品を含む製品。
- 被覆が親水性である、請求項1に記載の製品。
- バイポーラプレートの上に配置されている親水性の被覆を含み、被覆が約2〜約100nmの範囲の寸法を有するナノ粒子を含む、燃料電池バイポーラプレートを含む製品。
- ナノ粒子が約2〜約20nmの範囲の寸法を有する、請求項3に記載の製品。
- ナノ粒子が約2〜約5nmの範囲の寸法を有する、請求項3に記載の製品。
- ナノ粒子が、SiO2、HfO2、ZrO2、Al2O3、SnO2、Ta2O5、Nb2O5、MoO2、IrO2、RuO2、準安定オキシナイトライド、不定比金属酸化物、オキシナイトライド、又はこれらの誘導体の少なくとも一つを含む、請求項3に記載の製品。
- ナノ粒子が、ヒドロキシル官能基、ハライド官能基、カルボキシル官能基、ケトン官能基、又はアルデヒド官能基の少なくとも一つを含む、請求項3に記載の製品。
- 被覆が、10〜90%の無機構造体、及び5〜70%の親水性側鎖を含む、請求項3に記載の製品。
- 被覆がゾル−ゲル法によって製造される、請求項3に記載の製品。
- 官能基を有する有機側鎖を更に含む、請求項7に記載の製品。
- 無機構造体が二酸化ケイ素又は不定比酸化ケイ素を含む、請求項8に記載の製品。
- 無機構造体が酸化ジルコニウムを含む、請求項8に記載の製品。
- 親水性の側鎖が、アミノ基、スルホネート基、スルフェート基、スルファイト基、スルホンアミド基、スルホキシド基、カルボキシレート基、ポリオール基、ポリエーテル基、ホスフェート基、又はホスホネート基の少なくとも一つを含む、請求項8に記載の製品。
- 官能基が、エポキシ基、アクリルオキシ基、メタクリルオキシ基、グリシジルオキシ基、アリル基、ビニル基、カルボキシル基、メルカプト基、ヒドロキシル基、アミド基又はアミノ基、イソシアノ基、ヒドロキシ基、又はシラノール基の少なくとも一つを含む、請求項8に記載の製品。
- ナノ粒子が小塊形状を有する、請求項3に記載の製品。
- 基材、及び基材の上に配置されている第1の被覆を含み、被覆がそれぞれ約2〜100nmの範囲の寸法を有するナノ粒子を含み、ナノ粒子が、少なくとも一つのSi−O基、少なくとも一つの極性基、及び飽和又は不飽和の炭素鎖を含む少なくとも一つの基を含む燃料電池部品を含む製品。
- 極性基が、ヒドロキシル基、ハライド官能基、カルボキシル官能基、ケトン官能基、又はアルデヒド官能基を含む、請求項16に記載の製品。
- 炭素鎖が1〜4個の炭素原子を有する、請求項16に記載の製品。
- 被覆が導電性材料を更に含む、請求項16に記載の製品。
- 導電性材料が、Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、希土類金属、これらの合金、高分子炭素又はグラファイトの少なくとも一つを含む、請求項19に記載の製品。
- 該部品がバイポーラプレートを含む、請求項16に記載の製品。
- 基材が金属を含む、請求項16に記載の製品。
- 基材が、増加した剛性及び/又は導電性のための繊維構造体を含むポリマー複合材料を含む、請求項22に記載の製品。
- 導電性材料を含む第2の被覆を更に含み、第2の被覆が基材上に配置されており、第1の被覆が第2の被覆上に配置されている、請求項22に記載の製品。
- 炭素鎖が、線状、分岐鎖、又は環式である、請求項16に記載の製品。
- 基材、及び基材の上に配置されている第1の被覆を含み、被覆が、それぞれ約2〜100nmの範囲の寸法を有するナノ粒子を含み、ナノ粒子が、少なくとも一つのSi−O基、及びSi−R基(ここで、Rは飽和又は不飽和の炭素鎖を包含する)を含む化合物を含み、Si−O基に対するSi−R基のモル比が1/8〜1/2の範囲である燃料電池部品を含む製品。
- 炭素鎖が1〜4個の炭素原子を有する、請求項26に記載の製品。
- 第1の被覆が、被覆の親水性を向上させる極性基を更に含む、請求項26に記載の製品。
- 極性基がヒドロキシル基を含む、請求項28に記載の製品。
- 被覆が導電性材料を更に含む、請求項26に記載の製品。
- 導電性材料が、Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、希土類金属、これらの合金、高分子炭素又はグラファイトの少なくとも一つを含む、請求項30に記載の製品。
- 該部品がバイポーラプレートを含む、請求項26に記載の製品。
- 基材を含む燃料電池部品の少なくとも一部の上に、2〜100nmの範囲の寸法を有するナノ粒子、及びビヒクルを含むスラリーを堆積させ、そして
ビヒクルを除去して、2〜100nmの範囲の寸法を有するナノ粒子を含む被覆を残留させる、ことを含む方法。 - 被覆が親水性である、請求項33に記載の方法。
- 燃料電池バイポーラプレートの少なくとも一部の上に、2〜100nmの範囲の寸法を有する親水性のナノ粒子、及びビヒクルを含むスラリーを堆積させ、そして
ビヒクルを除去して、2〜100nmの範囲の寸法を有するナノ粒子を含む親水性の被覆を残留させる、ことを含む方法。 - ナノ粒子が約2〜約20nmの範囲の寸法を有する、請求項35に記載の方法。
- ナノ粒子が約2〜約5nmの範囲の寸法を有する、請求項35に記載の方法。
- ナノ粒子が、SiO2、HfO2、ZrO2、Al2O3、SnO2、Ta2O5、Nb2O5、MoO2、IrO2、RuO2、準安定オキシナイトライド、不定比金属酸化物、オキシナイトライド、又はこれらの誘導体の少なくとも一つを含む、請求項35に記載の方法。
- ナノ粒子が、ヒドロキシル官能基、ハライド官能基、カルボキシル官能基、ケトン官能基、又はアルデヒド官能基の少なくとも一つを含む、請求項35に記載の方法。
- 被覆が、10〜90%の無機構造体、及び5〜70%の親水性側鎖を含む、請求項35に記載の方法。
- ナノ粒子が、官能基を有する有機側鎖を更に含む、請求項39に記載の方法。
- 無機構造体が二酸化ケイ素又は不定比酸化ケイ素である、請求項40に記載の方法。
- 無機構造体が酸化ジルコニウムを含む、請求項40に記載の方法。
- 親水性の側鎖が、アミノ基、スルホネート基、スルフェート基、スルファイト基、スルホンアミド基、スルホキシド基、カルボキシレート基、ポリオール基、ポリエーテル基、ホスフェート基、又はホスホネート基の少なくとも一つを含む、請求項39に記載の方法。
- 官能基が、エポキシ基、アクリルオキシ基、メタクリルオキシ基、グリシジルオキシ基、アリル基、ビニル基、カルボキシル基、メルカプト基、ヒドロキシル基、アミド基又はアミノ基、イソシアノ基、ヒドロキシ基、又はシラノール基の少なくとも一つを含む、請求項39に記載の方法。
- ナノ粒子が小塊形状を有する、請求項35に記載の方法。
- バイポーラプレートが、複数のランド及びチャネルを含む気体流場を含み、被覆が、ランド及びチャネルの上に配されている、請求項35に記載の方法。
- ランドから被覆を除去することを更に含む、請求項47に記載の方法。
- スラリーをチャネルの上のみに堆積させる、請求項47に記載の方法。
- スラリーをチャネルの一部のみの上に堆積させる、請求項47に記載の方法。
- 燃料電池バイポーラプレートの少なくとも一部の上にスラリーを堆積させることが、流場を通してスラリーを流すことを含む、請求項47に記載の方法。
- スラリーを堆積させる前にバイポーラプレートの一部の上にマスクを堆積させることを更に含み、マスクによってバイポーラプレートの一部を曝露した状態のまま残す、請求項47に記載の方法。
- スラリーを、マスク、及びバイポーラプレートの曝露された部分の上に堆積させる、請求項52に記載の方法。
- マスク、及びマスクの上の被覆を除去することを更に含む、請求項53に記載の方法。
- マスクが、ハードマスク、フォトレジストマスク、又は水洗浄可能なマスクの一つを含む、請求項52に記載の方法。
- マスクがランドの上に配されている、請求項55に記載の方法。
- チャネルの上の被覆の上にマスクを堆積させ、ランドの上の被覆を除去し、その後マスクの残りの部分を除去することを更に含む、請求項48に記載の方法。
- バイポーラプレートのチャネルのみを通して液体被覆剤を流し、その後液体被覆剤を硬化させることを含む、複数のランド及びチャネルを含む流場を含むバイポーラプレートの上に被覆を形成する工程を含む方法。
- 被覆がナノ粒子及びビヒクルを含む、請求項58に記載の方法。
- 液体被覆剤を硬化させることが、ビヒクルを除去して硬化被覆を与えることを含む、請求項59に記載の方法。
- 硬化被覆が親水性である、請求項60に記載の方法。
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