[发明专利]燃料电池板的表面的涂覆方法

说明书

技术领域

本发明总的涉及燃料电池，更特别地涉及燃料电池板的表面的涂覆方法。

背景技术

双极板是PEM(质子电解质膜)燃料电池中的一种部件。该双极板占据总燃料电池重量的约80％，构成电池堆成本的大约45％。该双极板通常经构造以将反应物均匀地再分布在活性区域上，从活性区域中除热，并将电流从一个电池传送到下一个，以及防止反应物和冷却剂的泄露。

发明内容

此处公开了燃料电池板的表面的涂覆方法。该方法包括：通过将弱酸和包括至少两种金属氧化物前体的组合物混合形成溶胶凝胶混合物。金属氧化物前体中的一种经构造以被该弱酸水解以与所述金属氧化物前体中的具有至少一种不被该弱酸水解的有机官能团的另一种形成混合金属氧化物框架(mixed metal oxide framework)。该方法进一步包括将该溶胶凝胶混合物施加到该燃料电池板的该表面上，通过在至少一种预设温度下在空气中暴露预设时间使该溶胶凝胶混合物冷凝；和将该溶胶凝胶混合物在预设温度下的水中浸渍预设时间以在该燃料电池板的该表面上形成导电的多孔亲水膜，该弱酸由此使该金属氧化物前体的所述一种水解并形成该混合金属氧化物框架。

本发明进一步体现在如下方面：

1.燃料电池板的表面的涂覆方法，所述方法包括：

通过将弱酸和包括至少两种金属氧化物前体的组合物混合而形成溶胶凝胶混合物，所述金属氧化物前体中的一种经构造以被所述弱酸水解从而与所述金属氧化物前体中的具有至少一种不被所述弱酸水解的有机官能团的另一种形成混合金属氧化物框架；

将所述溶胶凝胶混合物施加到所述燃料电池板的所述表面上；

通过在至少一种预设温度下在空气中暴露预设时间，使所述溶胶凝胶混合物冷凝；和

将所述溶胶凝胶混合物在预设温度下的水中浸渍预设时间以在所述燃料电池板的所述表面上形成导电的多孔亲水膜。

2.方面1的方法，其中所述至少一种有机官能团选自由以下构成的组：酰胺、丙烯酸类、环氧化物、烷基脲及其组合。

3.方面1的方法，进一步包括通过表面蚀刻工艺、电镀工艺或其组合来预处理所述燃料电池板的所述表面。

4.方面1的方法，其中所述至少两种金属氧化物前体选自由以下物质的前体所构成的组：二氧化硅、二氧化钛、二氧化锡、氧化钽、二氧化铪、二氧化锆、二氧化铌、氧化钼、氧化铱、氧化钌和氧化铝。

5.方面1的方法，其中所述弱酸选自由以下构成的组：乙酸、磷酸、柠檬酸、硼酸及其组合。

6.方面1的方法，其中所述弱酸是乙酸，其中所述金属氧化物前体中的所述具有所述至少一种有机官能团的另一种是N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)脲，其中所述金属氧化物前体的所述经构造以被所述弱酸水解的一种是四异丙醇钛，以及其中所述溶胶凝胶混合物是通过以下得到的：

混合预设量的乙酸和在甲醇中的N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)脲，由此产生溶液；和

在所述溶液中添加预设量的四异丙醇钛，由此生成二氧化钛-二氧化硅溶胶凝胶混合物。

7.方面1的方法，其中浸渍活化了所述溶胶凝胶混合物，以及其中在浸渍之前，所述方法进一步包括干燥所述在其上施加有所述悬浮体的燃料电池板。

8.方面7的方法，其中干燥所述在其上施加有所述溶胶凝胶混合物的燃料电池板是通过以下实现的：

将所述燃料电池板在环境空气中暴露预设时间；和

然后将所述燃料电池板在比所述环境空气更高的温度下暴露另一预设时间。

9.方面8的方法，其中所述燃料电池板暴露的所述更高温度为约80℃～约200℃。

10.方面8的方法，其中所述水的所述预设温度为约50℃～约100℃。

11.用于燃料电池板的涂层，所述涂层包括：

溶胶凝胶混合物，其包括弱酸以及包括至少两种金属氧化物前体的组合物，所述金属氧化物前体中的一种经构造以被所述弱酸水解从而与所述金属氧化物前体中的具有至少一种不能被所述弱酸水解的有机官能团的另一种形成混合金属氧化物框架。

12.方面11的涂层，其中所述至少一种有机官能团经构造以提高所述膜和在其上设立所述膜的所述双极板的表面之间的粘合性，且选自由以下构成的组：酰胺、丙烯酸类、环氧化物、烷基脲及其组合。

13.方面11的涂层，其中所述至少两种金属氧化物前体选自由以下物质的前体构成的组：二氧化硅、二氧化钛、二氧化锡、氧化钽、二氧化铪、二氧化锆、二氧化铌、氧化钼、氧化铱、氧化钌和氧化铝。