涂覆用于燃料电池的隔板的方法和用于燃料电池的隔板技术

本发明专利技术涉及涂覆用于燃料电池的隔板的方法和用于燃料电池的隔板。根据本公开的一种实施方式涂覆用于燃料电池的隔板的方法包括以下步骤：气化金属氮化物前体以获得前体气体；将包含前体气体和反应性气体的金属氮化物涂层形成气体引入至反应室中；将电压施加至反应室使得前体气体和反应性气体可以转换成等离子体状态，从而在基板上形成金属氮化物涂层；将包含含碳气体的碳层形成气体引入至反应室；并且施加电压至反应室，使得含碳气体可以转换成等离子体状态，从而在金属氮化物涂层上形成碳涂层。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求于2015年2月23日提交的韩国专利申请第10-2015-0025293号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
本公开涉及涂覆用于燃料电池的隔板(separator)的方法，以及用于燃料电池的隔板。
技术介绍
本节中的陈述仅提供了关于本公开的背景信息，并且可以不构成现有技术。燃料电池堆(fuel cell stack)可以分成重复堆叠的部件，如电极膜、隔板(separator)、气体扩散层，和密封垫，以及非重复部件，如用于接合叠层模块所需要的接合系统、用于保护叠层的罩壳，用于提供与车辆接口所需要的部件，以及高压连接器。燃料电池堆是这样的系统，其中，氢气与氧气在空气中反应以释放电、水和热。在这种燃料电池堆中，高压电、水和氢共存于同一个地方，并且因此有大量的危险因素。尤其是，在燃料电池隔板的情况下，由于燃料电池的工作期间产生的正氢离子直接与其接触，需要防腐性。当使用没有表面处理的金属隔板时，发生金属腐蚀以及在金属表面产生的氧化物起电绝缘体的作用，导致导电
性劣化。此外，在当时解离并释放的正金属离子污染MEA(膜电极组件)，导致燃料电池的性能劣化。在典型的碳基燃料电池隔板的情况下，存在较高的风险，即在处理过程中产生的裂缝可以保留在燃料电池的内部部件中，从而使得在其强度和透气性方面难以形成薄膜，产生诸如加工性的问题。在金属隔板的情况下，虽然由于它的优异的延展性，其显示出良好的可模制性和生产率，并且允许薄膜形成以及叠层的小型化，由于腐蚀它可以导致MEA的污染，以及由于在其表面上形成的氧化物膜导致接触电阻增加，导致叠层的性能的劣化。
技术实现思路
在一种实施方式中，本公开提供了涂覆用于燃料电池的隔板的方法。在另一种实施方式中，本公开提供了用于燃料电池的隔板。根据本公开的一种实施方式涂覆用于燃料电池的隔板的方法包括以下步骤：气化金属氮化物前体以获得前体气体；将包含前体气体和反应性气体的金属氮化物涂层形成气体引入至反应室中；将电压施加至反应室使得前体气体和反应性气体可以转换成等离子体状态，从而在基板上形成金属氮化物涂层；将包含含碳气体的碳层形成气体引入至反应室；并且将电压施加至反应室，使得含碳气体可以转换成等离子体状态，从而在金属氮化物涂层上形成碳涂层。金属氮化物前体可以是氮化钛、氮化铬、氮化钼、氮化钨、氮化铜，或氮化铌前体。金属氮化物前体可以包括由以下化学式1表示的化合物。[化学式1]此处，R1至R8中的每个独立地表示取代的或未取代的C1至C10烷基基团，Me是Ti、Cr、Mo、W、Cu，或Nb。此外，金属氮化物前体可以进一步包括由以下化学式2表示的化合物，条件是由化学式1表示的化合物不同于由化学式2表示的化合物。[化学式2]此处，R9至R16中的每个独立地表示取代的或未取代的C1至C10烷基基团，Me是Ti、Cr、Mo、W、Cu，或Nb。在化学式1和2中，R1至R16中的每个可以表示甲基基团(CH3)。气化金属氮化物前体以获得前体气体的步骤可以在50℃至80℃范围的温度下进行。反应性气体可以是氮化合物气体或氮气，并且更特别地NH3或N2。含碳气体可以选自C2H2、CH4、C6H12、C7H14或它们的组合。金属氮化物涂层形成气体可以进一步包含惰性气体和氢气，以及碳涂层形成气体可以进一步包含惰性气体。形成金属氮化物涂层的步骤和形成碳涂层的步骤可以在100℃至200℃范围的温度下进行。金属氮化物涂层形成气体引入至反应室的步骤、形成金属氮化物涂层的步骤、将碳层形成气体引入至反应室的步骤、以及形成碳涂层的步骤可以重复多次，并且在一种实施方式中，重复5至50次。该方法可以进一步包括将反应性气体引入至反应室，并且激活等离子体以进行最顶层的氮化的步骤。根据本公开的一种实施方式的用于燃料电池的隔板包括：基板，以及形成于基板的任一表面或两个表面上的金属氮化物涂层和碳涂层。金属氮化物涂层可以包括10原子％至30原子％的量的金属氮化物，以及0.1原子％至10原子％的量的金属氧化物和金属氧氮化物。金属氮化物涂层可以包括12原子％至18原子％的量的金属氮化物，以及2原子％至7原子％的量的金属氧化物以及金属氮氧化物。金属氮化物涂层可以包括氮化钛、氮化铬、氮化钼、氮化钨、氮化铜，或氮化铌。金属氮化物涂层可以具有10nm至50nm的厚度。碳涂层可以包括具有SP2结构的碳和具有SP3结构的碳，并且可以特别地以重量为基准包括的具有SP2的结构的碳的量为具有SP3结构的碳的1.5至5倍。碳涂层可以具有1nm至15nm的厚度。用于燃料电池的隔板可以具有碳涂层作为最顶层，并且可以使最顶层氮化。金属氮化物涂层和碳涂层可以彼此交替形成多次。彼此交替形成多次的金属氮化物涂层和碳涂层的总厚度可以是0.1μm至10μm，在本公开的一种实施方式中金属氮化物涂层和碳涂层可以彼此交替形成5至50次。根据本公开的另一种实施方式，可以在低温下形成涂层，从而减少基板的变形，并且因此降低生产成本。根据本公开的另一种实施方式，可以通过PECVD(等离子体增强化学气相沉积)工艺形成涂层，并且从而在即使是大面积和大规模生产的情况下形成涂层。根据本公开的另一种实施方式，可以在彼此交替地形成的金属氮化物涂层和含碳涂层之间形成具有高连接性能、并且具有防腐性和导电性的涂层。由本文提供的描述，另外的方面将变得显然。应该理解的是描述和特定的实施例仅旨在出于说明的目的，而并不是为了限制本公开的范围。附图说明为了可以很好地理解本公开，现在将参照附图描述以示例方式给出的其各种实施方式，其中：图1是示出了根据本公开的示例性实施方式的在用于燃料电池的隔板上形成涂层的PECVD(等离子体增强CVD)系统的示意图。图2是示出了根据本公开的示例性实施方式的用于燃料电池的隔板的构造的示意图；以及图3是示出了根据本公开的示例性实施方式的用于燃料电池的隔板的构造的示意图。这里描述的附图仅用于说明的目的，并不是为了以任何方式限制本公开的范围。具体实施方式以下描述本质上仅是示例性的，并且并不旨在限制本公开、应用或使用。应该理解的是在整个附图中，相应的参考标号表示相似的或相应的部件和特征。如本文使用的，除非另有定义，“取代的”是指用以下取代的基团：C1至C30烷基基团；C1至C10烷基甲硅烷基基团；C3至C30的环烷基基团；C6至C30的芳基基团；C2至C30杂芳基基团；C1至C10烷氧基基团；氟基；C1至C10三氟烷基基团，如三氟甲基基团；或氰基基团。如本文使用的，除非另有定义，“它们的组合”是指经由连接基团彼此连接的两个或更多个取代基，或通过缩合彼此连接的两个或更多个取代基。如本文使用的，除非另有定义，“烷基基团”包括不具有烯基或炔基基团的“饱和烷基基团”；或具有至少一个烯基或炔基基团的“不饱和烷基基团”。“烯基基团”是指具有通过至少一个碳-碳双键彼此连接的至少两个碳原子的取代基，“炔基基团”是指具有通过至少一个碳-碳三键彼此连接的至少两个碳原子的取代基。烷基基团可以是支链、直链，或环状的。烷基基团可以是C1至C20烷基基团，更尤其是C1至C6低级烷基基团，C7至C10中级烷基基团，或C11至C20高级烷基基团。例如，C1至C4烷基基团是指在其烷基链上具有1至4个碳原子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂覆用于燃料电池的隔板的方法，所述方法包括以下步骤：气化金属氮化物前体以获得前体气体；将包含所述前体气体和反应性气体的金属氮化物涂层形成气体引入至反应室中；将电压施加至所述反应室使得所述前体气体和反应性气体转换成等离子体状态，从而在基板上形成金属氮化物涂层；将包含含碳气体的碳层形成气体引入至所述反应室；以及施加电压至所述反应室，使得所述含碳气体转换成等离子体状态，从而在所述金属氮化物涂层上形成碳涂层。

【技术特征摘要】
2015.02.23 KR 10-2015-00252931.一种涂覆用于燃料电池的隔板的方法，所述方法包括以下步骤：气化金属氮化物前体以获得前体气体；将包含所述前体气体和反应性气体的金属氮化物涂层形成气体引入至反应室中；将电压施加至所述反应室使得所述前体气体和反应性气体转换成等离子体状态，从而在基板上形成金属氮化物涂层；将包含含碳气体的碳层形成气体引入至所述反应室；以及施加电压至所述反应室，使得所述含碳气体转换成等离子体状态，从而在所述金属氮化物涂层上形成碳涂层。2.根据权利要求1所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法，其中，所述金属氮化物前体是选自由以下组成的组的材料：氮化钛、氮化铬、氮化钼、氮化钨、氮化铜和氮化铌前体。3.根据权利要求1所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法，其中，所述金属氮化物前体包括由以下化学式1表示的化合物：[化学式1]其中，R1至R8中的每个独立地表示取代的或未取代的C1至C10烷基基团，Me是Ti、Cr、Mo、W、Cu或Nb。4.根据权利要求3所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法：所述金属氮化物前体进一步包括由以下化学式2表示的化合物[化学式2]其中，R9至R16中的每个独立地表示取代的或未取代的C1至C10烷基基团，Me是Ti、Cr、Mo、W、Cu或Nb。5.根据权利要求4所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法，其中，R1至R16中的每个表示甲基基团。6.根据权利要求1所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法，其中，气化金属氮化物前体以获得前体气体的步骤在50℃至80℃范围的温度下进行。7.根据权利要求1所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法，其中，所述反应性气体是氮化合物气体和氮气中的一种。8.根据权利要求7所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法，其中，所述反应性气体是NH3和N2中的一种。9.根据权利要求1所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法，其中，所述含碳气体选自由C2H2、CH4、C6H12、C7H14或它们的组合组成的组。10.根据权利要求1所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法，其中，所述金属氮化物涂层形成气体进一步包含惰性气体和氢气。11.根据权利要求1所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法，其中，所述碳涂层形成气体进一步包含惰性气体。12.根据权利要求1所述的涂覆用于燃料电池的隔板的方法，其中，形成金属氮化物涂层的步骤和形成碳涂层的步骤在100℃至200℃范围的温度下进行。13...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔光勋，洪雄杓，李致承，朴炫达，金甫炅，朴贞研，吕寅雄，徐知延，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR