專利名稱：燃料電池用雙極板覆層結(jié)構(gòu)及其制造和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本發(fā)明總體涉及的領(lǐng)域包括用于燃料電池的雙極板和制造及使
用該雙極板的方法。
背景技術(shù)：
0002迄今為止，已知的燃料電池用雙極板包括至少一個反應(yīng)氣體流動 路徑，該路徑由在至少一個通道中的多個臺區(qū)限定在雙極板的表面上。為 了減小擴散介質(zhì)層和雙極板之間的接觸電阻，迄今為止雙極板都用金涂 覆。

發(fā)明內(nèi)容
0003本發(fā)明的一個示例性實施例包括一種產(chǎn)品，該產(chǎn)品的雙極板包括 多個臺區(qū)(lands)和至少一個限定反應(yīng)氣體流動路徑的通道，低接觸電 阻覆層選擇性地沉積在臺區(qū)上的多個第 一位置上，使得臺區(qū)上的多個第二 位置上沒有低接觸電阻覆層。在一個示例性實施例中，低接觸電阻覆層可 包括金。
0004本發(fā)明的其它示例性實施例從下文所提供的具體實施方式
將變 得顯而易見。應(yīng)該理解，具體實施方式
和特定實例在公開了本發(fā)明的示例 性實施例時，僅僅用于說明的目的而不是用于限制本發(fā)明的范圍。


0005從具體實施方式
和附圖中將對本發(fā)明的示例性實施例有更加充 分的理解，其中
0006圖l示出了包括限定在其中的反應(yīng)氣體流場的雙極板，用于根據(jù) 本發(fā)明的一個示例性實施例的方法中。
0007圖2示出了掩模，其包括多個限定在其中的開口以用于放置在根
據(jù)本發(fā)明的 一 個示例性實施例的圖1所示的雙極板上。0008圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的方法，在該方法中， 掩模放置在雙極板上使得掩模中的開口覆在雙極板的臺區(qū)和通道的一些部分的上方。
0009圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的方法，該方法包括 通過圖3的掩模中的開口來沉積低接觸電阻覆層。
0010圖5示出了掩模的可替代示例性實施例，該掩模包括根據(jù)雙極板 中臺區(qū)的位置排布的離散開口以用于根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的 方法中。
0011圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的方法，其中，具有 離散開口的掩模放置在雙極板上使得離散開口對準(zhǔn)雙極板上的臺區(qū)。
0012圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的方法，該方法包括 通過掩模中的開口將低接觸電阻材料沉積到雙極板的臺區(qū)的多個隔開的 位置上。
0013圖8示出了掩模的可替代示例性實施例，該掩模包括至少一個通 過其與雙極板的通道對準(zhǔn)的開口 ，用于通過該掩模中的該開口將親水覆層
沉積到根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的雙極板的通道部分上。0014圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的方法將親水覆層 沉積到雙極板的臺區(qū)和通道上。
0015圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的方法將低接觸電 阻覆層沉積到親水覆層上和沉積到雙極板的臺區(qū)和通道上。
0016圖ll示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的方法，該方法包括 將親水覆層沉積到雙極板的臺區(qū)和通道上，此后再將低接觸電阻覆層僅僅 沉積到雙極板的臺區(qū)部分。
0017圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的方法將親水覆層 沉積到雙極板的通道部分上以及將低接觸電阻覆層沉積到臺區(qū)部分上而 不沉積到通道部分中。
0018圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的燃料電池堆的一 部分，燃料電池堆包括多個雙極板，雙極板包括沉積在雙極板的多個位置 上的低接觸電阻覆層，該多個位置包括臺區(qū)上的多個位置，并留出臺區(qū)上 的多個位置未被低接觸電阻覆層所涂覆。
具體實施例方式
0019下面對實施例的描述實質(zhì)上僅為示例性的(說明性的)，絕不是 用來限制本發(fā)明及其應(yīng)用或使用。
0020現(xiàn)在參照圖l，本發(fā)明的一個示例性實施例可包括一種方法，該 方法包括提供用于燃料電池的雙極板IO。雙極板10可包括限定于其中的反 應(yīng)氣體流場ll。雙極板可包括第一面12以及至少部分地由多個臺區(qū)20限定 在第一面12中的一個或多個反應(yīng)氣體流動通道14、 16、 18。圖l中的箭頭 表示在一個實施例中反應(yīng)氣體可流過通道14、 16、 18之一的方向。
0021現(xiàn)在參照圖2，可提供掩模，其包括多個限定于其中的開口24。 如圖2所示，在一個示例性實施例中，開口24可以為狹長槽的形式，其可 橫跨在雙極板10中限定反應(yīng)氣體流動路徑ll的臺區(qū)20的區(qū)域。
0022如圖3所示，在一個示例性實施例中，可將掩模22放置在雙極板 上使得狹長槽式開口24橫跨多個臺區(qū)20和通道14、 16或18中的至少一個。 如圖4所示，可將低接觸電阻材料或覆層，例如但不限于，金、鈀、鉑、 銥、釕或它們的混合物，通過掩模22中的開口24沉積到臺區(qū)的多個部分上 和通道14、 16或18的一些部分中。利用圖4所示的掩模22，將低接觸電阻 材料26沉積到臺區(qū)上的多個位置處和通道上的多個位置處。還剩下臺區(qū)上 的多個位置和通道上的多個位置未被低接觸電阻材料26覆蓋。這樣一來， 涂覆了低接觸電阻材料的雙極板的制造成本就可以大幅降低，因為與覆蓋 雙極板整個表面的現(xiàn)有技術(shù)方法相比，在雙極板10上沉積了少得多的低接 觸電阻材料26。雖然臺區(qū)20沒有完全被低接觸電阻材料26所覆蓋，但卻沒 有觀察到燃料電池性能的顯著改變。此外，在另一個示例性實施例中，可 以將低接觸電阻材料或覆層沉積成僅僅覆蓋燃料電池的活性區(qū)域上方(正 好位于陽極或陰極催化劑下方或上方的區(qū)域)，以便進(jìn)一步減少所需要施 加到雙極板10上的低接觸電阻材料的量。
0023關(guān)于圖3-4所示的掩模，盡管開口24看上去排列在與臺區(qū)20垂直 的方向上，但是本方法可包括在大致不垂直于臺區(qū)的縱向方向的方向上沉 積若干條低接觸電阻材料26并且可以從其歪斜。
0024現(xiàn)在參照圖5，在本發(fā)明的另一個示例性實施例中，可提供可替 代掩模22，其包括限定于其中并布置成僅對準(zhǔn)雙極板10的臺區(qū)20而不對準(zhǔn) 通道14、 16或18的離散開口24。
0025現(xiàn)在參照圖6，可將圖5的掩模放置在雙極板10上，使得離散開口 24對準(zhǔn)雙極板的臺區(qū)20而不對準(zhǔn)通道14、 16或18。
0026現(xiàn)在參照圖7，可通過離散開口24將低接觸電阻材料26沉積到臺 區(qū)20上，使得基本上沒有低接觸電阻材料沉積到通道14、 16或18中。將低接觸電阻材料26僅僅沉積到臺區(qū)的一些部分上，并且臺區(qū)的另 一些部分未 被涂覆，這大幅減少了雙極板上所需的低接觸電阻材料的量。0027現(xiàn)在參照圖8，在本發(fā)明的另一個示例性實施例中，可提供可替 代掩模122，其包括多個形成于其中并構(gòu)造和布置成對準(zhǔn)雙極板的通道14、 16、 18的開口114、 116、 118?？蓪⒀谀?22放置在雙極板上，并可通過開 口114、 116、 118來沉積親水覆層使得親水覆層基本上僅僅沉積在雙極板 的通道14、 16或18中而不沉積在臺區(qū)20上。僅僅沉積在通道14、 16或18中 的親水覆層可改善燃料電池堆的水管理，減小水滴阻塞反應(yīng)氣體流經(jīng)形成 于雙極板10中的通道14、 16或18的可能性。
0028現(xiàn)在參照圖9，根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例，可為親水材料 的第一覆層40可被沉積在包括臺區(qū)20、 20，和通道14、 14，在內(nèi)的表面12、 12，上。通道部分14、 14，可分別由下壁或底板34、 34，和至少笫一側(cè)壁36、 36，以及任選地第二側(cè)壁38、 38，限定。此后，如圖10所示，可選擇性地將 低接觸電阻材料26沉積在臺區(qū)20、 20，和通道14、 14，的一些部分上，而臺 區(qū)20、 20，和通道14、 14，的另一些部分未被低接觸電阻材料涂覆。
0029現(xiàn)在參照圖ll，在本發(fā)明的另一個示例性實施例中，可將第一覆 層40、 40，沉積在雙極板的臺區(qū)20、 20，和通道14、 14，上，此后再將4氐接觸 電阻材料26、 26，基本上只沉積在臺區(qū)20、 20，上，而不將任何顯著量的低 接觸電阻材料26、 26，沉積到通道14、 14，中。
0030現(xiàn)在參照圖12，在本發(fā)明的另一個示例性實施例中，可將可以是 親水覆層的第 一覆層40只沉積在通道14、 14，中，而可將低接觸電阻材料26、 26，基本上只沉積在臺區(qū)20、 20，上，使得基本上沒有低接觸電阻材料26、 26，沉積在通道14、 14，中。在一個示例性實施例中，基本上沒有親水覆層 沉積在臺區(qū)20、 20，上。
0031現(xiàn)在參照圖13,本發(fā)明的一個示例性實施例包括產(chǎn)品100如燃料 電池堆，燃料電池堆包括多個雙極板IO，具有選擇性地沉積在臺區(qū)20、 20， 的一些部分上的低接觸電阻材料26，并且臺區(qū)20、 20，的另一些部分未被低 接觸電阻材料26覆蓋。燃料電池堆可包括軟物(soft goods )部分44，軟物 部分44可包括具有第一面48和第二面50的膜46，陰極電極52可放置在膜46 的第一面48上，陽極電極58可放置在膜46的第二面50上。其上可具有微孔
極板10的臺區(qū)20、 20，上的低:^觸電阻材料26接觸陽極側(cè)氣體擴散介質(zhì)層54。類似地，其上可具有微孔層62的陰極側(cè)氣體擴散介質(zhì)層60可夾在陰極 催化劑層58和第二雙極板10之間，使得臺區(qū)20上的低接觸電阻覆層26接觸 陰極側(cè)氣體擴散介質(zhì)層60。雙極板10可由第一基板28和第二基板28，制成， 可以將它們焊接在一起以限定冷卻劑流動通道32，流動通道32用于使冷卻 流體流經(jīng)雙極板10的中心以冷卻雙極板IO。
0032以上對本發(fā)明的實施例的描述實質(zhì)上僅僅為示例性的，因此，這 些實施例的變型不應(yīng)該被視為偏離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括提供燃料電池用雙極板，雙極板包括由多個臺區(qū)和至少一個通道限定的反應(yīng)氣體流場；以及將低接觸電阻材料選擇性地沉積到臺區(qū)的選定部分上，并且臺區(qū)的一些部分未被低接觸電阻材料覆蓋。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中，進(jìn)行選擇性地沉積使得所述至少一個 通道的選定部分被低接觸電阻材料覆蓋，并且所述至少一個通道的一 些部分未被低接觸電阻材料覆蓋。
3. 權(quán)利要求l的方法，其中，選擇性地沉積包括將包括多個開口 的掩模放置在雙極板上以及通過掩模中的開口沉積低接觸電阻材料。
4. 權(quán)利要求3的方法，其中，掩模中的開口為狹長槽的形式。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中，狹長槽的走向基本上與臺區(qū)垂直。
6. 權(quán)利要求4的方法，其中，狹長槽的走向為相對于臺區(qū)的縱向方 向傾斜的方向。
7. 權(quán)利要求4的方法，其中，狹長槽橫跨多個臺區(qū)和至少一個通道。
8. 權(quán)利要求7的方法，還包括將低接觸電阻材料選擇性地沉積到 所述至少一個通道的選定部分，并且所述至少一個通道的一些部分未 被低接觸電阻材料覆蓋。
9. 權(quán)利要求3的方法，其中，開口為離散開口，每個離散開口基本 上只與一個臺區(qū)對準(zhǔn)。
10. 權(quán)利要求9的方法，其中，進(jìn)行選擇性地沉積使得基本上沒有低 接觸電阻材料沉積在所述至少 一個通道中。
11. 權(quán)利要求l的方法，其中，低接觸電阻材料包括金。
12. 權(quán)利要求1的方法，還包括將親水覆層沉積到所述至少一個通道中。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中，在選擇性地沉積低接觸電阻材料之 前進(jìn)行親水覆層的沉積。
14. 權(quán)利要求12的方法，其中，將親水覆層基本上沉積在雙極板的整個面上。
15. 權(quán)利要求12的方法，其中，將親水覆層基本上只沉積在所述至 少一個通道中。
16. 權(quán)利要求13的方法，其中，低接觸電阻材料沉積在親水覆層上。
17. 權(quán)利要求12的方法，其中，將低接觸電阻材料基本上只沉積在 臺區(qū)上，而將親水覆層基本上只沉積在所述至少一個通道中。
18. —種產(chǎn)品，包括燃料電池用雙極板，其包括由多個臺區(qū)和至少一個通道限定的反應(yīng) 氣體流場，低接觸電阻材料選擇性地沉積在臺區(qū)的一些部分上，而臺 區(qū)的另 一些部分未被低接觸電阻材料覆蓋。
19. 權(quán)利要求18的產(chǎn)品，還包括選擇性地沉積在所述至少一個通道 中的低接觸電阻材料，而所述至少一個通道的一些部分未被低接觸電 阻材料覆蓋。
20. 權(quán)利要求18的產(chǎn)品，其中，基本上沒有低接觸電阻材料沉積在 所述至少一個通道中。
21. 權(quán)利要求18的產(chǎn)品，其中，低接觸電阻材料包括金。
22. 權(quán)利要求18的產(chǎn)品，還包括覆在雙極板上并與低接觸電阻材料 接觸的擴散介質(zhì)層，以及其中，擴散介質(zhì)層構(gòu)造和布置成擴散從限定 在雙極板中的反應(yīng)氣體流場流入擴散介質(zhì)層的燃料電池反應(yīng)氣體。
23. 權(quán)利要求21的產(chǎn)品，還包括覆在氣體擴散介質(zhì)層上的催化劑層 以及覆在催化劑層上的質(zhì)子傳導(dǎo)膜。
全文摘要
燃料電池用雙極板覆層結(jié)構(gòu)及其制造和使用方法。本發(fā)明的一個示例性實施例包括一種方法，該方法包括提供燃料電池用雙極板，其具有由多個臺區(qū)和至少一個通道限定的反應(yīng)氣體流場；以及將低接觸電阻材料選擇性地沉積到臺區(qū)的一些部分上，而臺區(qū)的另一些部分未被低接觸電阻材料覆蓋。
文檔編號H01M4/88GK101582510SQ20091013909
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者G·V·達(dá)希奇, 埃爾哈米德 M·H·阿布德, Y·M·米克海爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司