燃料电池板的表面的涂覆方法技术

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。该金属氧化物前体中的一种经构造以被该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。将该混合物施加到表面上，并通过在至少一种预设温度下的空气中暴露预设时间使其冷凝。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表面上形成导电的多孔亲水膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及燃料电池，更特别地涉及。
技术介绍
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勻地再 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。
技术实现思路
此处公开了。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。本专利技术进一步体现在如下方面1.，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°C 约200°C。10.方面8的方法，其中所述水的所述预设温度为约50°C 约100°C。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。14.方面11的涂层，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。15.燃料电池，包括电极；与所述电极紧邻的双极板；和在所述双极板上设立的膜，所述膜包括溶胶凝胶混合物，所述溶胶凝胶混合物包 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。16.方面15的燃料电池，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 、烷基脲及其组合。17.方面15的燃料电池，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、氧化铝和其组合。18.方面16的燃料电池，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。19.方面16的燃料电池，进一步包括另一电极；与所述另一电极紧邻的另一双极板；在所述另一双极板上设立的另一膜，所述另一膜包括溶胶凝胶混合物，所述溶胶 凝胶混合物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；和与所述电极和所述另一电极中的每一个电化学接触的电解质。附图说明参照以下详述和附图，本专利技术的特征和优点将变得显而易见，其中类似的附图标 记对应于类似的尽管可能不相同的部件。为简要起见，具有前述功能的附图标记或特征在 其出现在其他附图中时，可能描述或不描述。图1是PEM燃料电池的实施方案的横截面示意图；图2A 2D是共同描述该经涂覆的双极板的实施方案(图2A)、和用于制备和堆叠 其的方法的放大图(图2B 2D)；图3是描述用于形成在燃料电池板上的涂层的实施方案的方法的实施方案的流 程图；图4A 4B共同描述了显示来自涂层均勻性和水亲水性测试的对比结果的四幅照 片，其中图4A描述了包括Ti02、Ti/Si(l 4)和SiO2W涂层的结果，其中图4B描述了包括 Ti/Si(l 2)的涂层的结果；和图5比较了在此处公开的涂层实施方案的归一化接触电阻变化(％ )随着压力 (psi)升高而降低的关系曲线，其中BA表示活化前的结果，AA表示活化后的结果。具体实施例方式此处公开的金属性双极板涂层的实施方案是导电的，且有利地具有高度稳定的亲 水性。同样的，在双极板的传统功能(例如将反应物均勻分布在活性区域上，从活性区域中 除热，并将电流从一个电池传送到另一个电池，和防止反应物和冷却剂的泄露)之外，此处 公开的涂层还改进了现有PEM燃料电池系统的水管理。这样又改进了包括其的燃料电池的 性能和寿命。相信此处公开的涂层提供了至少一种显著优点，即由于改进的化学稳健性而在燃 料电池环境中具有稳健的亲水性。该改进的化学稳健性至少部分是本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：W李，P刘，JJ金克，TT萨尔格罗，RH布伦克，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US