用于燃料电池的隔膜及用于制造其的方法技术

本发明专利技术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。

Separator for fuel cell and method for making the same

The present invention provides a separator for a fuel cell and a method for making the same. A diaphragm for a fuel cell includes a base layer; metal carbide coating is arranged on the first substrate layer on one or both sides; setting the metal coating on the first metal carbide coating; and arranged in the metal coating on the second metal carbide coating.

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池的隔膜及用于制造其的方法
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。
技术介绍
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
技术介绍
部分中公开的上述信息仅是为了加强对本专利技术背景的理解，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。
技术实现思路
本专利技术构思的一个方面提供了用于燃料电池的隔膜(隔板，separator)。本专利技术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，baselayer)；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(chromecarbide)、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，reactivegas)、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。第一前体和第二前体可以分别为选自由化学式1表示的化合物、由化学式2表示的化合物、以及它们的组合的材料：[化学式1]在化学式1中，M1表示选自Ti、Cr、Mo、W、或Nb的材料，R1至R3独立地表示取代或未取代的C1至C10烷基，L1至L3独立地是-O-或-S-，并且n表示0或1。[化学式2]在化学式2中，M2表示Ti、Cr、Mo、W、或Nb，R1至R3独立地表示取代或未取代的C1至C10烷基，R4至R9独立地选自氢、重氢(氘，heavyhydrogen)、或取代或未取代的C1至C10烷基，并且L4至L6独立地是-O-或-S-。第一金属碳化物涂层形成气体和第二金属碳化物涂层形成气体可以进一步包括惰性气体和氢气。第一金属碳化物涂层和第二金属碳化物涂层可以在低于或等于200℃的温度范围形成。形成金属涂层的步骤可以通过溅射方法(sputteringmethod)进行。所述方法可以进一步包括，在形成金属涂层的步骤之后，形成石墨烯或石墨涂层。根据本公开内容中的示例性实施方式，可以在低温下形成涂层，从而最小化基底材料的变形。根据本公开内容中的示例性实施方式，可以在低温下形成涂层，从而降低生产成本。根据本公开内容中的示例性实施方式，可以通过PECVD工艺实施涂层，从而可以形成大量大规模涂层(masslarge-scaledcoatinglayer)。根据本公开内容中的示例性实施方式，可以通过形成金属涂层改善传导性(导电性，conductivity)。根据本公开内容中的示例性实施方式，形成石墨烯或石墨涂层以防止金属涂层的洗脱(elution)，从而改善涂层的完整性和耐久性。根据本专利技术构思的示例性实施方式，形成石墨烯或石墨涂层以改善机械强度和传导性。附图说明图1示出了根据本公开内容的一个示例性实施方式的用于燃料电池的隔膜的结构。图2示出了根据本公开内容中另一个示例性实施方式的用于燃料电池的隔膜的结构。图3是示出了通过第一示例性实施方式形成的涂层的横截面的SEM照片。图4是示出了通过第三示例性实施方式形成的涂层的横截面的SEM照片。图5是比较分别从第一至第四示例性实施方式测量的粘附力的图。具体实施方式参照附图根据以下实施方式的描述，本专利技术及其实现方法的各种优点和特征将变得显而易见。然而，本专利技术并不限于在本文中阐述的实施方式，而是可以以许多不同的形式实现。可以提供本实施方式使得本专利技术的公开内容是完整的，并将本专利技术的范围充分传达至本领域技术人员，并且因此将本公开内容限定在权利要求的范围内。在整个说明书中，相同的参考数字表示相同的元件。因此，没有详细描述一些示例性实施方式中熟知的技术以避免本公开内容的模糊解释。除非另外定义，否则应当理解说明书中使用的全部术语(包括技术和科学术语)具有与本领域技术人员理解的那些相同的含义。在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则词“包括”以及变体如“包含”或“含有”应当理解为意味着包括所述的要素但不排除任何其他要素。此外，除非相反地明确说明，否则本说明书中的单数形式包括复数形式。在说明书中，除非单独定义，否则术语“取代”是指用以下取代的取代基取代：C1至C30烷基基团；C1至C10烷基甲硅烷基基团；C3至C30环烷基基团；C6至C30芳基基团；C2至C30杂芳基基团；C1至C10烷氧基基团；氟基团；C1至C10三氟烷基基团，如三氟甲基基团；或氰基基团。如在本文中使用的，除非另外定义，否则“它们的组合”是指两种或更多种取代基通过连接基团彼此结合，或两种或更多种取代基通过缩合彼此结合。如在本文中使用的，除非另外定义，否则“烷基基团”包括不具有烯烃或炔烃基团的“饱和烷基基团”；或具有至少一个烯烃或炔烃基团的“不饱和烷基基团”。“烯烃基团”是指具有通过至少一个碳-碳双键彼此结合的至少两个碳原子的取代基，并且“炔烃基团”是指具有通过至少一个碳-碳三键彼此结合的至少两个碳原子的取代基。烷基基团可以是支链的、直链本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的隔膜，包括：基底层；设置在所述基底层一侧或两侧的第一金属碳化物涂层；设置在所述第一金属碳化物涂层之上的金属涂层；以及设置在所述金属涂层之上的第二金属碳化物涂层。

【技术特征摘要】
2015.11.16 KR 10-2015-01603381.一种用于燃料电池的隔膜，包括：基底层；设置在所述基底层一侧或两侧的第一金属碳化物涂层；设置在所述第一金属碳化物涂层之上的金属涂层；以及设置在所述金属涂层之上的第二金属碳化物涂层。2.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述第一金属碳化物涂层和所述第二金属碳化物涂层分别包含选自碳化钛、碳化铬、碳化钼、碳化钨、碳化铌、碳化钒、或它们的组合的材料。3.根据权利要求2所述的隔膜，其中，所述第一金属碳化物涂层和所述第二金属碳化物涂层两者为碳化钛。4.根据权利要求2所述的隔膜，其中，所述金属涂层包含选自Cu、Ni、W、Co、Fe、Ru、Ir、Pd、Pt、或它们的组合的材料。5.根据权利要求2所述的隔膜，其中，所述第一金属碳化物涂层的厚度为100nm至1000nm。6.根据权利要求5所述的隔膜，其中，所述金属涂层的厚度为100nm至1000nm。7.根据权利要求6所述的隔膜，其中，所述第二金属碳化物涂层的厚度为70nm至200nm。8.根据权利要求1所述的隔膜，进一步包括设置在所述金属涂层和所述第二金属碳化物涂层之间的石墨烯或石墨涂层。9.根据权利要求8所述的隔膜，其中，所述石墨烯或石墨涂层的厚度小于10nm。10.一种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；在所述第一金属碳化物涂层之上形成金属涂层；以及在所述金属涂层之上形成第二金属碳化物涂层。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述形成第一金属碳化物涂层的步骤包括：通过蒸发第一前体产生第一前体气体；将含有所述第一前体气体、活性气体、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；以及通过向所述反应室施加电压将所述第一金属碳化物涂层形成气体变为等离子态，在基底材料上形成所述第一金属碳化物涂层。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述形成第二金属碳化物涂层的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔光勋，洪雄杓，徐知延，吕寅雄，金甫炅，朴贞研，雅库普·格努吕，桑贾伊·马瑟，安德列亚斯·梅滕博格，托马斯·菲舍尔，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，科隆大学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR