[发明专利]用于燃料电池的隔膜及用于制造其的方法

说明书

本发明提供了用于燃料电池的隔膜及用于制造其的方法。用于燃料电池的隔膜包括基底层；设置在基底层一侧或两侧的第一金属碳化物涂层；设置在第一金属碳化物涂层之上的金属涂层；以及设置在金属涂层之上的第二金属碳化物涂层。

技术领域

本公开内容涉及用于燃料电池的隔膜、以及用于制造其的方法。

背景技术

通常，用于车辆燃料电池系统的燃料电池堆包括重复堆叠的部件，如电极膜、隔膜、气体扩散层、以及垫圈，和非重复部件，如堆模块的接合所需的接合系统、用于保护堆的外壳、提供与车辆的接口所需的部件、和高电压连接器。在这样的燃料电池堆中，氢气与空气中的氧气反应生成电、水、和热，其中，高压电、水、和氢气在同一位置共存，因而存在大量的危险因素。

具体地，在燃料电池隔膜的情况下，由于在燃料电池运行过程中生成的正氢离子直接与其接触，所以需要抗腐蚀性能。当使用没有表面处理的金属隔膜时，发生金属腐蚀并且在金属表面上产生的氧化物起电绝缘体的作用，导致电导率的劣化。此外，在那时分解并释放的正金属离子污染膜电极组件(MEA)，导致燃料电池的性能劣化。

当使用碳类隔膜作为燃料电池隔膜时，裂缝产生并可能保留在燃料电池的内部部件中。因此，鉴于其强度和透气性并在可加工性等方面，在形成薄膜中存在困难。

当使用金属隔膜时，虽然由于其优异的延展性其示出有利的可模制性和生产力，并且允许堆的薄膜形成和小型化，但是由于腐蚀会引起MEA的污染，并且由于其表面上氧化膜的形成会引起接触电阻增加，导致堆性能的劣化。因此，对于能够抑制这种表面腐蚀和氧化膜生长的表面处理方法存在需要。

在该背景技术部分中公开的上述信息仅是为了加强对本发明背景的理解，并且因此其可能包含并不形成在这个国家对于本领域普通技术人员而言已经已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明构思的一个方面提供了用于燃料电池的隔膜(隔板，separator)。

本发明构思的另一个方面提供了用于制造用于燃料电池的隔膜的方法。

根据本公开内容的示例性实施方式的用于燃料电池的隔膜包括基底层(基础层，base layer)；设置在基底层一侧或两侧的第一金属碳化物涂层；设置在第一金属碳化物涂层之上的金属涂层；以及设置在金属涂层之上的第二金属碳化物涂层。

第一金属碳化物涂层和第二金属碳化物涂层可以分别包括选自碳化钛、碳化铬(chrome carbide)、碳化钼、碳化钨、碳化铌、碳化钒、或它们的组合的材料。

第一金属碳化物涂层和第二金属碳化物涂层可以两者为碳化钛。

隔膜可以进一步包括设置在金属涂层和第二金属碳化物涂层之间的石墨烯(graphene)或石墨涂层。

石墨烯或石墨涂层的厚度可以小于10nm。

根据本公开内容中的另一个示例性实施方式，制造用于燃料电池的隔膜的方法包括：在基底材料之上形成第一金属碳化物涂层；在第一金属碳化物涂层之上形成金属涂层；以及在金属涂层之上形成第二金属碳化物涂层。

形成第一金属碳化物涂层的步骤可以包括：通过蒸发第一前体产生第一前体气体；将含有前体气体、活性气体(反应气体，reactive gas)、和含碳气体的第一金属碳化物涂层形成气体引入反应室中；以及通过向反应室施加电压将第一金属碳化物涂层形成气体变为等离子态，在基底材料上形成金属碳化物涂层。

形成第二金属碳化物涂层的步骤可以包括：通过蒸发第二前体制造第二前体气体；将含有前体气体、活性气体、和含碳气体的第二金属碳化物涂层形成气体引入反应室中；以及通过向反应室施加电压将第二金属碳化物涂层形成气体变为等离子态在基底材料上形成金属碳化物涂层。