[发明专利]层系统、包括这样的层系统的双极板和用其生产的燃料电池

说明书

本发明涉及用于涂覆双极板(2)的层系统(1)，该层系统包括至少一个由氧化锡制成的覆盖层(1a)，其中包括氧化钽、氧化铌、氧化钛、氧化锆和氧化铪的组中的至少一种金属氧化物均匀地溶解在氧化锡中，以及覆盖层(1a)的电导率大于或等于10²S/cm。本发明另外地涉及具有阳极侧和阴极侧的双极板(2、2')，包括衬底(2a、2a')和这样的层系统(1)，以及本发明涉及包括这样的双极板(2、2')的燃料电池(10)或电解器。

技术领域

本发明涉及用于涂覆双极板的层系统，该层系统包括至少一个由氧化锡制成的覆盖层。本发明还涉及包括金属衬底和这样的层系统的双极板。本发明还涉及包括至少一个这样的双极板的燃料电池。

背景技术

从DE 10 2008 036 849 A1已知一种用于燃料电池单元的双极板布置，其中阴极侧上的涂层由掺杂有氟的氧化锡形成。

WO 03/092 139 A2公开了一种具有一个或更多个双极板的燃料电池，所述一个或更多个双极板涂覆有耐腐蚀金属，此外还涂覆有导电的多晶氧化锡层。氧化锡层可以是氟掺杂的或锑掺杂的。耐腐蚀金属为镍合金或者选自金属钽、铌、锆和铪。

DE 10 2008 055 808 A1描述了一种用于燃料电池的双极板，其具有亲水涂层，亲水层由金属氧化物或碳化物形成。二氧化硅、二氧化铪、二氧化锆、氧化铝、氧化锡、五氧化钽、五氧化铌、二氧化钼、二氧化铱、二氧化钌及其混合物被描述为合适的金属氧化物。为了提高电导率，除了其他事项以外，描述了金属氧化物可以掺杂有N、C、Li、Ba、Pb、Mo、Ag、Au、Ru、Re、Nd、Y、Mn、V、Cr、Sb、Ni、W、Zr、Hf或其混合物。提及碳化铬、碳化钛、碳化钽、碳化铌和碳化锆作为适合于形成亲水层的碳化物。

发明内容

本发明的一个目的是提供改善的用于双极板的层系统并且提供这样的双极板。本发明的另一个目的是提出具有至少一个这样的双极板的燃料电池。

目的是实现用于涂覆双极板的层系统，该层系统包括至少一个由氧化锡制成的覆盖层，其中包括氧化钽、氧化铌、氧化钛、氧化锆和氧化铪的组中的至少一种金属氧化物均匀地溶解在氧化锡中，以及其中覆盖层的电导率大于或等于10²S/cm。层系统的特征在于高的长期稳定性，同时结合有高电导率和低成本。此外，层系统确保对双极板的金属基材或衬底的优异的腐蚀防护。

层系统优选地通过PVD或CVD工艺(PVD：物理气相沉积；CVD：化学气相沉积)制成。

覆盖层特别地具有在0.1μm至15μm的范围内，特别地在0.5μm至3μm的范围内的层厚度。

在此，特别优选具有呈在二氧化锡中的均匀溶体的氧化钽和/或氧化铌形式的金属氧化物的覆盖层。在此，基于以α-二氧化锡-氧化钽和/或α-二氧化锡-氧化铌的形式形成的混合相实现上述优点。

特别地，呈氧化锡和金属氧化物的均匀溶体的覆盖层的钽和/或铌和/或钛和/或锆和/或铪的比例为0.1原子％至5原子％。形成的混合相的电导率在所述范围内具有最大值。

如果覆盖层掺杂有铱和/或钌，则是特别优选的。铱和/或钌优选以10^-4原子％至0.1原子％的范围内的浓度存在于覆盖层中。这甚至进一步提高了覆盖层的电导率。

在层系统的一个优选实施方案中，除覆盖层之外还存在粘合层，粘合层的层厚度在1nm至300nm的范围内。粘合层优选形成为包含来自包括钛、钽、铌、锆和铪的组中的至少一种元素。粘合层的目的是改善覆盖层对双极板的基材或衬底的粘合性。

优选地，在覆盖层与粘合层之间布置有

-金属碳化物的至少一个中间层或者

-金属氮化物的至少一个中间层或者

-金属硼化物的至少一个中间层或者