[发明专利]具有弱接触电阻的部件,如PEM燃料电池用电池框架和/或极板以及用于减小接触电阻的方法

说明书

本发明涉及一种具有涂层表面和弱接触电阻的部件，如PEM燃料电池用电池框架和/或极板以及一种用于减小接触电阻的方法。

由德国专利申请DE 44 42 285 C1和DE 197 02119公开了一些由抗腐蚀的材料制成的PEM燃料电池用电池框架和极板。其中所采用的材料是铁基材料，这能带来加工技术方面的优点。这种材料的抗腐蚀性源自于构成了一层钝化氧化层。但它也使得集流器和极板之间的接触电阻急剧增大，由此会产生较大的电压损失。为了减小该接触电阻，例如均匀地给极板镀上了一层厚度≥0.5μm的金或者涂镀上另一种贵重金属。

迄今为止已公知一种仅仅贯通涂镀的金层。通常的层厚小于0.5μm。与这一较厚的贵重金属层相对应的是用于这一表面涂镀的费用也很高。由德国专利申请DE 69 125 425 T2公开了一种用于超导体的薄的镀金层。其中，一层均匀的贵重金属保护层设置在两个超导层之间。然而对这一保护层的要求却与对作为本发明主题的用于减小接触电阻的电导层的要求完全不同。因此，这样的镀金层例如在电导性和接触电阻方面有完全不同的特性曲线，必需采用另一种生产方法来形成这一镀金层。

本发明的目的在于，减小为一个诸如燃料电池用电池框架和/或极板的部件的表面涂镀贵重金属层的费用，同时使其接触电阻最小。此外，本发明的目的在于提供一种相应的减小接触电阻的方法。

本发明的对象是一种诸如燃料电池用、尤其是PEM燃料电池用电池框架和/或极板这样的部件，在其至少一处和/或一侧镀有一层贵重金属接触层，该贵重金属层的平均层厚最大为0.1μm，且优选为0.05μm。

此外，本发明的对象还涉及一种通过涂镀贵重金属层、用于减小一个部件的接触电阻的方法，其中，该贵重金属层的层厚最大为0.1μm。

在本文中的“涂镀层”最好不要理解为是贯通涂镀的一层均匀的连续的致密的(无细孔隙的-″pinhole-freie″)镀层和/或遮盖整个表面的镀层，而应理解为是在部件表面上的这样一种镀层，即它至少包括不连续的扁平的孤岛区和/或用于相应贵重金属原子的路径。

镀层上的不连续孤岛区和/或路径称为导电孤岛(Leitungsinseln)和/或导电路径(Leitungspfade)，因为它们与围绕它们的通常涂覆有钝化氧化层的部件上其它正常表面相比，是部件表面上具有小电阻的区域。

最小的导电孤岛-和/或导电路径密度和/或涂覆最少的贵重金属原子在本发明的镀层中是这样的，即有足够数量的导电路径穿过部件上的钝化-/氧化层，由此使得宏观的(低倍的)接触电阻小于20mΩcm²。

“贵重金属接触层的平均厚度”和/或“层厚”是一种理论上的高度。假设不连续的导电路径都均匀分布，才有这样的概念。例如在导电路径的平均高度为0.17μm以及在30％的区域涂镀时，通过计算可求出“贵重金属接触层的平均厚度”为0.051μm。

用于计算平均厚度的其它例子是：

导电路径的平均厚度：0.17μm；

涂镀  18％：平均厚度：0.03μm；

      50％：          0.09μm；

      10％：          0.017μm

平均涂镀：20％

导电路径的高度：0.15μm：平均厚度：0.03μm

                0.10μm：          0.02μm

                0.20μm：          0.04μm

按照本发明方法涂镀的镀层厚度优选小于等于0.1μm，且进一步优选小于等于0.05μm，尤其优选小于等于0.03μm。小于0.02μm的层厚也可以实现。在具体实施时还可以达到0.015μm的层厚。

按照本发明方法的改进措施，只需通过接触极板和/或电池框架一次，就能通过电化学反应涂镀上一层贵重金属层。有待涂镀的部件表面可以被贵重金属活化，部件的接触电阻相对于另一个接触元件变小，并且在理想状态下趋于零。

按照本发明的一种改进措施，部件(极板和/或电池框架)的贵重金属镀层不是覆盖整个表面，这使得贵重金属镀层包括不连续的导电路径和/或导电孤岛。

按照本发明对部件的另一改进措施，接触层是用贵重金属制成的一连在一起的镀层，例如是毫微数量级(例如在1至10nm)的镀金层。