專利名稱：燃料電池雙極板上導(dǎo)電涂層的電化學(xué)沉積的制作方法
jt料電、 ,極板上導(dǎo)電涂層的電化學(xué)沉積 技術(shù)領(lǐng)域[OOOl]本發(fā)明主要涉及的領(lǐng)域包括用于燃料電池的雙極板及其制造和使用的方法。
背景技術(shù)：
迄今為止已知的用于燃料電池的雙極板包括由多個平臺以及至少 一個溝道(channel)在雙極板的表面內(nèi)限定的至少一個反應(yīng)氣體流路。為了 要減小擴(kuò)散介質(zhì)層與雙極板之間的接觸電阻，迄今為止采用金涂覆雙極板的 限定反應(yīng)氣體流路的表面。發(fā)明內(nèi)容[OO(B]本發(fā)明的一個示例性實施方案包括方法，該方法包括提供雙極板， 該雙極板包括由多個平臺以及至少一個溝道在雙極板的表面內(nèi)限定的至少一 個反應(yīng)氣體流路；在所述平臺上的多個第一位置選擇性地電鍍導(dǎo)電涂層，并 使得所述平臺上的多個第二位置沒有導(dǎo)電涂層，和使得所述溝道基本上沒有 導(dǎo)電涂層。在一個示例性的實施方案中，導(dǎo)電涂層可包括金。
結(jié)合詳細(xì)描述和附圖，將更完全理解本發(fā)明示例性實施方案，其中


圖1示出了用于根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案的方法中的電 鍍系統(tǒng)。
圖2是用于根據(jù)一個示例性實施方案的方法中的具有多個通孔的 海綿體(sponge)的平面圖。
圖2A是圖2的2A部分的放大視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的雙極板的截面圖，包 其上可 選擇性地電鍍導(dǎo)電涂層的第一襯底和第二襯底。[OOIO]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案，其上可選擇性地電鍍導(dǎo)電涂 層的燃料電池雙極板的替代實施方案。[OOll]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案的燃料電池雙極板的表面 的放大部分平面圖，所述雙極板包括多個平臺以及反應(yīng)性氣體流動溝道，并 且其中導(dǎo)電涂層已經(jīng)被選擇性地電鍍在所述平臺的部分上，使得所述平臺的 部分未涂覆，并且溝道未涂覆。
圖6示出了根據(jù)一個示例性實施方案，使用具有用于接觸燃料電池 雙極板的平臺的部分的多個凸起特征或凸出物的海綿體，電鍍?nèi)剂想姵仉p極 板的平臺的選定部分的替代方法。
具體實施方式
以下實施方案的描述本質(zhì)上僅僅是示例性的(舉例說明性的)而絕非有意限定發(fā)明、其應(yīng)用或使用。
現(xiàn)在參照圖l-2A，本發(fā)明的一個實施方案可包括方法，該方法包括 提供電鍍系統(tǒng)10，所述電鍍系統(tǒng)10包括容器12，所述容器12可包括側(cè)壁14、 頂部16和底部18，側(cè)壁14、頂部16和底部18中的每一個可以是絕緣材料 例如聚合物材料。所述底部18可以是包括多個通孔21的聚合物片，最佳參 見圖2A。每一個所述的通孔21可以具有并且被設(shè)置成各種設(shè)計。在一個實 施方案中，所述通孔可具有范圍為lnm至100nm的截面區(qū)域，并可以被分隔 開范圍為lnm至100nm的中心至中心的距離。用于減慢電解液流過所述通孔 21的材料例如但不限于海綿體20，可被提供在所述容器內(nèi)覆蓋底部18。正電 極(陽銜22可被提供在所述容器內(nèi)并連接至例如蓄電池(battery) 28的電源。 所述正電極22可由各種導(dǎo)電材料中的任何材料制成，例如是、但不限于低接 觸電阻材料。合適的低接觸電阻材料或涂層可包括、但不限于可適合作所述 正電極22的金、鈀、鈾、銥、釕、銀以及它們的合金或混合物。電解液24 可被提供在所述容器內(nèi)，其對所述正電極22進(jìn)行補(bǔ)充。充料管26可被提供 并連接至所述容器12以從儲器補(bǔ)充所述電解液。
用于燃料電池雙極板的至少第一襯底30可被設(shè)置在所述底部18 下面并連接至電源(蓄電池)28。所述第一襯底30包括具有由多個平臺32和溝 道34限定在其中的燃料電池反應(yīng)氣體流場的第一面31。所述第一襯底30還 可包括第二相對面33，所述第二相對面33可包括限定在其中的冷卻劑流體溝5道40的多個部分。當(dāng)所述第一襯底30和所述正極22連接至所述蓄電池28 時，電子從所述第一襯底30流向所述正極22并因此來自正極的材料進(jìn)入電 解液并經(jīng)過所述底部18中的所述多個通孔36以選擇性地電鍍在所述第一襯 底的平臺32的部分上，留下所述平臺的部分未覆蓋。
圖3示出了一種替代實施方案，示出了包括限定多個平臺32和溝 道34的第一面31的第一襯底30。包括也限定了多個平臺32和溝道34的第 一面37的第二襯底38結(jié)合至第一襯底30。多個冷卻劑流體流動溝道40可限 定在所述第一襯底30和所述第二襯底38之間。所述第一襯底30可具有也限 定了多個平臺和溝道的第二面33。類似的，所述第二襯底38可具有限定了多 個平臺和溝道的第二面39。圖4示出了燃料電池雙極板的替代實施方案，其 中所述第一襯底30和所述第二襯底38可明顯更厚。
圖5是燃料電池雙極板的第一襯底30的第一面31的部分的放大 局部平面圖。所述第一面31包括由多個平臺32限定的至少一反應(yīng)性氣體流 動溝道34。導(dǎo)電材料42選擇性地沉積在所述平臺32的部分上，留下部分44 未被導(dǎo)電材料覆蓋。此外，溝道40可基本上沒有導(dǎo)電材料42。
現(xiàn)在參照圖6，在本發(fā)明的另一實施方案中，所述容器12可修改 成去除所述底部18，而所述海綿體20可被提供多個向下延伸的凸起特征或凸 出物46，相鄰的凸出物46被凹槽48分隔開以使得凸出物46選擇性地接觸所 述平臺32的部分，從而在其上電鍍導(dǎo)電材料。
在一個實施方案中，導(dǎo)電涂層是金合金，所述金合金具有至多 90WW的金，余量包括不穩(wěn)定金屬。不穩(wěn)定金屬可以是鋅、鎂、鋁或它們的 混合物。在一個實施方案中，所述合金可包括反應(yīng)性組分，并且所述反應(yīng)性 組分可溶解在例如硫酸的酸中或者例如氫氧化鈉或氫氧化鉀的堿中，從而在 平臺上留下金島(gold island)。上述設(shè)計可經(jīng)構(gòu)建、排列和操作以使得所 述平臺的所述面積的小于30%被電鍍。
上面描述的本發(fā)明的實施方案本質(zhì)上僅僅是示例性的，因此其變 體不應(yīng)被視為脫離本發(fā)明精神和范圍。
權(quán)利要求
1、方法，包括提供用于燃料電池雙極板的第一襯底，所述第一襯底具有第一面，所述第一面包括由多個平臺和至少一個溝道限定在其中的反應(yīng)氣體流場，在所述平臺的多個第一部分上選擇性地電鍍導(dǎo)電涂層，留下所述平臺的多個第二部分未被所述導(dǎo)電涂層覆蓋。
2、 如禾又利要求1所述的方法，其中所述導(dǎo)電^^層包括金、鈀、銷、銥、 銀或釕中的至少一種。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括提供電鍍系統(tǒng)，所述電鍍系統(tǒng)包 括容器、和容納在所述容器中的海綿體、正電極材料和電解液，荊頓該電鍍 系統(tǒng)執(zhí)行所述電鍍。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述正電極材料包括金、鈀、鉬、銥 或釕中的至少一種。
5、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述容器包括底部禾哆^H則壁，并且其 中所艦部具有穿過其而形成的多個通孔以使得^^f述電鍍過程中，電鍍液經(jīng)過所m孔而被選擇性地沉積在所述第一襯底的所述平臺的多個第一部分上，留下所述平臺的多個部分未被覆蓋。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中每一個通孔具有范圍在約lnm至約 100nm的截面面積。
7、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述海綿體包括第一表面，所述第一表 面具有限定在其中的多個凸起特征并且經(jīng)構(gòu)造和設(shè)置以使得所述凸起特征接 觸所述第一襯底的所述平臺的多個第一部分，以在其上沉積導(dǎo)電涂層。
8、 方法，包括提供用于燃料電池雙極板的襯底，所述襯底具有由多個平臺和至少一個溝 道在其第一面中限定的反應(yīng)性氣體流場；提供包括容器的電鍍系統(tǒng)，所述容器 包括多個側(cè)壁和具有形成在其中的多個通孔的底部，所述容器在其中容納有正 電極、電解液和用于減慢所述電解液^1底部中的通孔的材料；以及使用所述 電鍍系統(tǒng)在第一襯底的所述平臺的多個第一部分J^擇性地電鍍導(dǎo)電涂層，留 下所述平臺的多個第二部分未被涂覆，并留下所述至少一個溝道基本上沒有所述導(dǎo)電涂層。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中用于減慢所述電解液流過所鵬部中的 通孔的所述材料包括海綿體。
10、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述正電極包括金、鈀、鈾、銥或釕 中的至少一種。
11、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述導(dǎo)電材料包括金。
12、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述導(dǎo)電涂層是具有至多90Wt7。金且余量包括不穩(wěn)定金屬的金合金。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述不穩(wěn)定金屬包括鋅、鎂或鋁中 的至少一種。
14、 如禾又利要求13所述的方法，其中合金包括反應(yīng)性組分，并且將所述反 應(yīng)性組分溶角雜酸例如硫酸或堿例如氫氧化鈉或氫氧化鉀中，在所述平臺上留 下金島。
15、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述海綿體的特征被構(gòu)造和設(shè)置以使 得所述板的所述平臺的面積的小于30%被電鍍。
16、 方法，包括在燃料電池雙極板襯底的多個第一部分上選擇性地電鍍導(dǎo)電涂層，留下所 述襯底的多個第二部分未被所述導(dǎo)電涂層涂覆。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述涂層被涂覆在所，極板的^h平臺上。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃料電池雙極板上導(dǎo)電涂層的電化學(xué)沉積，其中一個示例性實施方案包括方法，該方法在雙極板的平臺的選定部分上選擇性地電鍍導(dǎo)電涂層，留下所述平臺的部分未被所述導(dǎo)電涂層涂覆。因此，充分降低用于PEM燃料電池的雙極板的成本。
文檔編號H01M8/02GK101656319SQ20091016699
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者G·V·達(dá)希奇, 埃爾哈米德 M·H·阿布德, Y·M·米克黑爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司