包覆襯底和包括該襯底的產(chǎn)品及其制造和使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包覆襯底和包括該襯底的產(chǎn)品及其制造和使用方法。一種實施例可以包括一種產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括襯底和在襯底之上的應(yīng)力彈簧。應(yīng)力彈簧可以被構(gòu)造且設(shè)置在襯底上以使得應(yīng)力彈簧防止或限制由在襯底上執(zhí)行的后續(xù)操作或在襯底后續(xù)暴露于高應(yīng)變條件時所導(dǎo)致的損壞或不良影響。應(yīng)力彈簧可以包括包含合金或聚合物的層。
【專利說明】包覆襯底和包括該襯底的產(chǎn)品及其制造和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容大體涉及的領(lǐng)域包括包覆襯底、包括包覆襯底的產(chǎn)品及其制造和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可以在襯底上形成涂層以便保護(hù)襯底或者提供所需特性和功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一種實施例可以包括一種方法,其包括提供襯底,該襯底具有:第一面；附接到襯底的層壓板，該層壓板包括應(yīng)力彈簧，該應(yīng)力彈簧包括在襯底的第一面上的第一層；以及在第一層上的第二層，該第二層被連接到第一層和襯底；以及在襯底的第一面內(nèi)形成特征并且使得所述應(yīng)力彈簧在所述形成特征期間改變形狀以便第二層不會斷裂或不會變得脫離第一層或襯底。
[0004]另一實施例可以包括一種產(chǎn)品，其包括襯底，襯底包括具有在其內(nèi)形成的特征的第一面、在襯底的第一面上的應(yīng)力彈簧以及在應(yīng)力彈簧上的第二層，該應(yīng)力彈簧包括形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、超彈性合金、超彈性聚合物或超彈性碳納米管中的至少一者。
[0005]方法包括在襯底上形成超彈性合金、超彈性聚合物形狀記憶合金或形狀記憶合金層中的至少一種，并且在襯底內(nèi)形成特征。
[0006]另一實施例可以包括一種方法，其包括使用包括鎳和鈦的第一層涂覆襯底、使用包括石墨碳的第二層涂覆第一層、沖壓在其上具有第一層和第二層的襯底以便形成在襯底的第一面內(nèi)具有多個壟段和通道段的燃料電池反應(yīng)氣體流場，并且其中第二層無裂紋。
[0007]本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案。
[0008]方案1.一種方法，所述方法包括提供襯底，所述襯底具有:第一面；附接到所述襯底的層壓板，所述層壓板包括應(yīng)力彈簧，所述應(yīng)力彈簧包括在所述襯底的所述第一面上的第一層；以及，在所述第一層上的第二層，所述第二層被連接到所述第一層和所述襯底；以及，在所述襯底的所述第一面內(nèi)形成特征以使得所述應(yīng)力彈簧在所述形成特征期間改變形狀以便所述第二層不會斷裂或不會變得脫離所述第一層或所述襯底。
[0009]方案2.如方案I所述的方法，其特征在于，所述第一層具有超彈性特性。
[0010]方案3.如方案I所述的方法，其特征在于，所述第一層包括超彈性合金或超彈性聚合物中的至少一種。
[0011]方案4.如方案I所述的方法，其特征在于，所述第一層包括形狀記憶合金或形狀記憶聚合物中的至少一種。
[0012]方案5.如方案I所述的方法，其特征在于，所述第一層包括含有鎳和鈦的合金。
[0013]方案6.如方案I所述的方法，其特征在于，所述第一層包括TiNi。
[0014]方案7.如方案6所述的方法，其特征在于，Ni與Ti的重量比在從20:80至80:20的范圍。[0015]方案8.如方案I所述的方法，其特征在于，所述第二層包括石墨碳。
[0016]方案9.如方案8所述的方法，其特征在于，所述石墨碳包括比sp3鍵合更多的sp2鍵合。
[0017]方案10.如方案I所述的方法，其特征在于，所述形成特征是傳導(dǎo)性的以便在所述襯底的所述第一面內(nèi)產(chǎn)生包括多個壟段和多個通道段的燃料電池反應(yīng)氣體流場。
[0018]方案11.如方案I所述的方法，其特征在于，所述形成特征包括所述襯底的沖壓、液壓成型、電磁成形、脈沖壓力成形或超塑性成形中的至少一種。
[0019]方案12.—種方法，所述方法包括在襯底上形成超彈性合金、超彈性聚合物形狀記憶合金或形狀記憶合金層中的至少一者，以及在所述襯底內(nèi)形成特征。
[0020]方案13.—種產(chǎn)品，所述產(chǎn)品包括襯底，所述襯底包括具有在其內(nèi)形成的特征的第一面、在所述襯底的所述第一面上的應(yīng)力彈簧以及在所述應(yīng)力彈簧上的第二層，所述應(yīng)力彈簧包括形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、超彈性合金、超彈性聚合物或超彈性碳納米管中的至少一者。
[0021]方案14.如方案13所述的產(chǎn)品，其特征在于，所述第二層是導(dǎo)電的。
[0022]方案15.如方案13所述的產(chǎn)品，其特征在于，所述第二層包括石墨碳。
[0023]方案16.如方案15所述的產(chǎn)品,其特征在于,所述第一層包括鎳和鈦。
[0024]方案17.如方案16所述的產(chǎn)品，其特征在于，鎳與鈦的重量比在從大約20:80至大約80:20的范圍。
[0025]方案18.如方案17所述的產(chǎn)品，其特征在于，所述第一層的厚度在從I nm至500nm的范圍，優(yōu)選地在從I nm至50 nm的范圍。
[0026]方案19.一種方法，所述方法包括使用包括鎳和鈦的第一層涂覆襯底、使用包括石墨碳的第二層涂覆所述第一層、沖壓在其上具有所述第一層和所述第二層的所述襯底以便形成在所述襯底的第一面內(nèi)具有多個壟段和通道段的燃料電池反應(yīng)氣體流場，并且其中所述第二層無裂紋。
[0027]方案20.如方案19所述的方法，其特征在于，鎳與鈦的重量比在從大約20:80至大約80:20的范圍。
[0028]從下文提供的具體描述將顯而易見到本發(fā)明的其他示例性實施例。應(yīng)該理解，雖然指明了本發(fā)明的示例性實施例，但是具體描述和特定示例僅旨在用于描述目的并且不試圖限制本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]從具體描述和附圖中將更加全面地理解本發(fā)明的示例性實施例。
[0030]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一種示意性實施例的包括燃料電池雙極板的產(chǎn)品，其具有第一面和第二面，每一面具有在該雙極板的第一面上的應(yīng)力彈簧以及沉積在其上的石墨膜/導(dǎo)電碳膜。
[0031]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一種示意性實施例的產(chǎn)品，其包括具有第一和第二面的燃料電池雙極板，每一面具有在雙極板的第一面上的應(yīng)力彈簧以及沉積在其上的石墨膜/導(dǎo)電碳膜。
[0032]圖3是曲線圖，其示出了針對包括根據(jù)本發(fā)明一種實施例制造的雙極板的燃料電池與鍍金雙極板所執(zhí)行的比較性測試，其中所述根據(jù)本發(fā)明一種實施例制造的雙極板由涂覆有第一層(中間層)和包含石墨碳的第二層的不銹鋼襯底制成。
【具體實施方式】
[0033]實施例的下述描述實質(zhì)上僅是示例性的并且不以任何方式試圖限制本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。
[0034]—種實施例可以包括一種產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括襯底和在該襯底上的應(yīng)力彈簧。應(yīng)力彈簧可以被構(gòu)造和設(shè)置在襯底上以便應(yīng)力彈簧防止或限制由于在襯底上執(zhí)行的后續(xù)操作所造成的或者在襯底后續(xù)暴露于高應(yīng)變條件時所產(chǎn)生的損壞或不利影響。在其上具有應(yīng)力彈簧的襯底可以用于各種應(yīng)用。在此描述并且為了示意性目的提供了這些應(yīng)用的非限制性示例并且不試圖以任意方式限制本發(fā)明的范圍。
[0035]在一種實施例中，應(yīng)力彈簧可以包括合金或聚合物中的至少一種構(gòu)成的第一層。在一種實施例中，第一層包括形狀記憶合金、超彈性合金、形狀記憶聚合物或超彈性聚合物中的至少一者。形狀記憶合金或形狀記憶聚合物可以包括當(dāng)暴露于外部刺激(包括但不限于熱)時能夠變形的材料，并且在移除該外部刺激之后形狀記憶合金或形狀記憶聚合物返回其原始形狀或近似原始形狀。也就是說，合金或聚合物呈現(xiàn)出具有其原始形狀的記憶。形狀記憶合金或形狀記憶聚合物可以具有超彈性特性并且有時被稱為超彈性合金或超彈性聚合物。當(dāng)合金或聚合物被張緊時典型的形狀記憶合金和形狀記憶聚合物顯示出超彈性。
[0036]在施加和釋放所施加的應(yīng)力時，相比于常規(guī)金屬合金，超彈性合金具有在大應(yīng)變時逆向改變形狀的能力。這些超彈性合金由于可逆自誘導(dǎo)相變的原因而能夠適應(yīng)這種大的且可逆的應(yīng)變。這些相變通常涉及但不限于如下相:奧氏體和馬氏體，其中奧氏體在低應(yīng)力狀態(tài)是穩(wěn)定的且馬氏體在高應(yīng)力狀態(tài)是穩(wěn)定的。因為相變是應(yīng)力輔助的，所以總體應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)是非線性的和不連續(xù)的。在低應(yīng)力時，奧氏體保持穩(wěn)定并遵循線性彈性(胡克)行為直到到達(dá)臨界應(yīng)力，在臨界應(yīng)力之上，奧氏體相開始轉(zhuǎn)變成馬氏體。在進(jìn)一步變形時，超彈性合金繼續(xù)轉(zhuǎn)變成馬氏體并且以恒定應(yīng)力變形直到所有馬氏體均已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變。一旦已經(jīng)完成相變，則應(yīng)力再次隨應(yīng)變增加直到材料塑性屈服。
[0037]恒定應(yīng)力的區(qū)域被稱為平臺應(yīng)力，并且對應(yīng)相變的開始和結(jié)束。理論上，相變程度與應(yīng)變的百分比位置成比例，使得0%轉(zhuǎn)變存在于應(yīng)力平臺的一端，并且100%轉(zhuǎn)變在另一端。就是這個應(yīng)力平臺提供了在彈性-超-彈性應(yīng)力/應(yīng)變響應(yīng)中的最顯著應(yīng)變，并且是形成大多數(shù)可逆轉(zhuǎn)變應(yīng)變的原因，并且因此是形成回到低應(yīng)力時的指定材料形狀的可恢復(fù)轉(zhuǎn)變應(yīng)變的原因。
[0038]在本發(fā)明的一種實施例中，超彈性合金能夠被用作非線性應(yīng)力彈簧來有助于形成雙極板。當(dāng)板材料在室溫(或高溫)沖壓過程中變形時，超彈性材料拉伸并保持比常規(guī)金屬更加連續(xù)，并且能夠產(chǎn)生附著的高品質(zhì)涂層。
[0039]超彈性聚合物可以是基于新型分子結(jié)構(gòu)的熱塑性彈性體。它們的特征在于具有在斷裂時非常高的伸長率(例如部分高于1500%)且同時具有非常低的殘余應(yīng)變。某些碳納米管可以是超彈性的并且可以用作應(yīng)力彈簧。
[0040]在一種實施例中，應(yīng)力彈簧可以是導(dǎo)電的。用于應(yīng)力彈簧的適當(dāng)材料的示意性示例包括但不限于，包括鎳和鈦的合金、包括NiTi的合金或者具有鎳和鈦及一種或更多種添加元素的合金(包括但不限于NiTiFe或NiTiNb )。這樣的合金還可以摻雜有多種材料。摻雜材料的示意性示例包括但不限于鐵、銅、氫、磷、鉀、二氧化鈦可以用于雜化NiTi合金。用于應(yīng)力彈簧的其他適當(dāng)材料包括但不限于多晶鐵形狀記憶合金、AuCd合金、CuZnAl> CuAlNi>NiMnGa 或 CuZnAl。
[0041]在一種實施例中，應(yīng)力彈簧可以包括包含鎳和鈦的合金,其中鎳與鈦的重量比在從大約20:80到大約80:20的范圍。在一種實施例中，應(yīng)力彈簧可以包括包含鎳和鈦的合金，其中鎳與鈦的重量比在從大約40:60到大約60:40的范圍。在一種實施例中，應(yīng)力彈簧可以包括包含鎳和鈦的合金，其中鎳與鈦的重量比在從大約60:40到大約50:50的范圍。NiTi層還可以是抗腐蝕的并且可以用在燃料電池里而不會影響燃料電池內(nèi)的其他部件。NiTi材料還可以具有良好的抗沖擊性和高疲勞強(qiáng)度。
[0042]在一種實施例中，可以在第一層之上提供第二層。該第二層可以包括可被襯底上執(zhí)行的后續(xù)操作不良影響的各種材料中的任意材料，所述操作包括但不限于將襯底形成另一形狀或者在襯底的至少一面上形成特征。在一種實施例中，第二層可以包括石墨材料。在一種實施例中，應(yīng)力彈簧可以包括石墨碳。在一種實施例中，石墨碳可以具有比sp3鍵合更多的sp2鍵合。
[0043]在一種實施例中，一個或更多個層可以被插在襯底和應(yīng)力彈簧之間。在另一實施例中，一個或更多個層可以被插在應(yīng)力彈簧和第二層之間。在一種實施例中，種子層(seedlayer)、粘附增強(qiáng)層或分流層中的一個或更多個可以被插在襯底和應(yīng)力彈簧之間或應(yīng)力彈簧和第二層之間。在選定的實施例中，包括T1、Cr、NiCr, Al、TiN或Cu中的至少一者的一個或更多個層可以被插在襯底和應(yīng)力彈簧之間或者被插在應(yīng)力彈簧和第二層之間。
[0044]在一種實施例中，包括襯底且在襯底上具有應(yīng)力彈簧的產(chǎn)品會經(jīng)歷各種處理操做，包括但不限于將襯底形成或彎曲成另一形狀，或者在襯底的第一面內(nèi)形成特征。應(yīng)力彈簧可以被用于防止對襯底或可被插在應(yīng)力彈簧和襯底之間或可覆蓋應(yīng)力彈簧的任意其他涂層或?qū)拥膿p壞。在另一實施例中，包括襯底且在襯底上具有應(yīng)力彈簧的產(chǎn)品會承受例如由于對襯底的沖擊或拉伸所造成的高應(yīng)變或伸長。
[0045]一種實施例可以包括制造燃料電池雙極板的方法，其包括提供具有第一面和第二面的襯底?？梢栽谝r底的第一面上提供應(yīng)力彈簧，例如通過形成或沉積包括形狀記憶聚合物、形狀記憶合金、超彈性合金、超彈性聚合物的層或者超彈性碳納米管的層。在一種實施例中，可以通過沉積包括鎳和鈦(例如但不限于NiTi)的層，在襯底的第一面之上提供應(yīng)力彈簧。包括鎳和鈦的層可以被沉積或形成為各種厚度。在一種實施例中，包括鎳和鈦的層的厚度可以在從大約I nm至大約500 nm的范圍。在另一實施例中，包括鎳和鈦的層的厚度可以在從大約I nm至大約50 nm的范圍。
[0046]可以在包括鎳和鈦的第一層之上提供第二層以便例如保護(hù)襯底免受由于燃料電池的操作而產(chǎn)生的腐蝕性材料的影響。在一種實施例中，第二層可以包括石墨材料。在一種實施例中，第二層可以包括具有比sp3鍵合更多的sp2鍵合的石墨碳。
[0047]在一種實施例中，可以在襯底的第一面內(nèi)形成特征，包括沖壓襯底，其中該襯底在該襯底的第一面之上具有應(yīng)力彈簧并且在應(yīng)力彈簧之上具有第二涂層，以使得應(yīng)力彈簧防止沖壓期間對第二層的損壞。已經(jīng)公開了，使用被插在第二層之間的應(yīng)力彈簧(其包括例如在應(yīng)力彈簧上的石墨碳)來防止第二層斷裂、剝落、脫層或從該應(yīng)力彈簧或襯底斷開。包括石墨碳的第二層可以被構(gòu)造和設(shè)置成保護(hù)襯底免受燃料電池操作期間產(chǎn)生的腐蝕性材料的影響并且/或者提供其他所需特性或功能。如果第二層斷裂、剝落、脫層或與襯底分離，則腐蝕性材料能夠接觸襯底并且毀壞該襯底。此外，如果第二層斷裂、剝落、脫層或與襯底分離，則其會產(chǎn)生空隙，而水會匯聚在該空隙處并會在燃料電池停機(jī)期間結(jié)冰。
[0048]在一種實施例中，可以在襯底的第一面上形成特征，例如限定反應(yīng)氣體流場的特征，其包括多個間隔開的壟段和多個間隔開的通道段，燃料電池反應(yīng)氣體可以通過其流動?？梢酝ㄟ^包括但不限于沖壓、真空拉拔、液壓成型或超塑性快速成形的各種工藝中的任一種來形成所述特征。
[0049]在一種實施例中，襯底可以包括本領(lǐng)域公知的各種材料中的任意材料，包括但不限于不銹鋼、鋁、鈦或聚合物復(fù)合材料。
[0050]在一種實施例中，應(yīng)力彈簧材料可以以各種方法中的任意方法被沉積在襯底上，所述方法包括但不限于本領(lǐng)域現(xiàn)在已知或?qū)硪阎姆椒?。這些方法的示例包括但不限于濺射(例如磁控、非平衡磁控等等)、化學(xué)氣相沉積(“CVD”)(例如低壓CVD、大氣CVD、等離子增強(qiáng)CVD、激光輔助CVD等等)、蒸發(fā)(熱力、電子束、電弧蒸發(fā)等等)等。
[0051]一種實施例可以包括形成燃料電池雙極板的方法，該雙極板包括在襯底的第一面內(nèi)形成的反應(yīng)氣體流場，且具有應(yīng)力彈簧，該應(yīng)力彈簧包括被插在襯底和包含石墨碳的第二層之間的第一層。在一種實施例中，襯底可以被提供成線圈(或繞組)的形式。襯底可以具有各種厚度。在一種實施例中，襯底的厚度在從50微米到200微米的范圍內(nèi)。在一種實施例中，襯底可以包括不銹鋼線圈。線圈不銹鋼可以是展開的和被處理的，例如但不限于減少襯底的表面并去除氧化物和其他雜質(zhì)?？梢詸z測被預(yù)處理的線圈不銹鋼以便確定表面是否被恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整成沉積諸如TiNi的應(yīng)力彈簧材料或者是否需要進(jìn)一步的預(yù)處理。不銹鋼襯底可以被運(yùn)輸?shù)酵扛舱?，例如但不限于電子束蒸發(fā)涂覆站，在此不銹鋼襯底的第一面被暴露于包含由一個或更多個靶材產(chǎn)生的鎳和鈦的蒸汽，并且使得TiNi沉積在不銹鋼襯底的第一面上。在一種實施例中，不銹鋼襯底被屏蔽成使得不銹鋼襯底的第二面不暴露于來自電子束過程的蒸汽。之后，在襯底的第一面上具有包括TiNi的層的不銹鋼襯底可以被移動到第二涂覆站(其可以與第一涂覆站相同)，在此使用對石墨靶材的電子束蒸發(fā)，石墨碳層可以被沉積在包括TiNi的層之上。而且，具有包含TiNi的第一層的不銹鋼襯底可以被屏蔽成使得石墨碳不沉積在不銹鋼襯底的第二面上。在一種實施例中，不銹鋼線圈的第一部分可以被涂覆有包括TiNi的第一層且之后具有第一層的不銹鋼線圈的第一部分可以被涂覆有石墨碳。之后，不銹鋼線圈可以前進(jìn)，使得第二部分可以按相同方式被涂覆。
[0052]在另一實施例中，不銹鋼線圈可以前進(jìn)通過涂覆站以便在不銹鋼襯底的第一面上沉積包括TiNi的第一層，然后不銹鋼線圈可以返回通過該涂覆站且使得不銹鋼襯底的第二面暴露于包括鎳和鈦的靶材以使得不銹鋼襯底的第二面被涂覆有TiNi的第二層。之后，可以重復(fù)涂覆過程，以使得包括石墨碳的第二層被沉積在襯底的第一面上的包括TiNi的第一層上，然后不銹鋼線圈返回通過涂覆站以使得包括TiNi第二層的第二面被暴露于碳靶材并且使得石墨碳被沉積在不銹鋼襯底的第二面之上的TiNi第二層之上。
[0053]這里使用的術(shù)語“石墨膜”意味著包括、類似或源自于石墨的膜?？梢酝ㄟ^如這里所述的濺射石墨靶材或其他材料來產(chǎn)生石墨膜。石墨膜可以包括非晶導(dǎo)電碳。在本發(fā)明一種實施例中，石墨膜是無定形的并且其中膜的拉曼光譜學(xué)(Raman spectroscopy)表明存在比SP3更多的SP2碳鍵合。
[0054]在本發(fā)明的另一實施例中，可以在閉合場非平衡磁控場的影響下在腔內(nèi)濺射石墨靶材。兩個石墨靶材可以被置于強(qiáng)磁控管上，其可以在閉合場磁控設(shè)置中以5A-10A范圍的電流來濺射。濺射腔內(nèi)的壓力可以在從IxlO-6至lxlO—2托(Torr)的范圍，-400V至-20V的偏置電壓，250納秒至2000納秒的脈沖寬度，以及400KHz至50KHz頻率速率的脈沖DC，以及200 sccm至20 sccm的氬流速(對于10分鐘至500分鐘時間段而言)。膜可以被沉積成從5 nm至1000 nm或者從10 nm至50 nm范圍的厚度。在包括石墨膜/導(dǎo)電碳膜的雙極板上進(jìn)行的測量表明石墨膜/導(dǎo)電碳膜具有低接觸電阻。
[0055]在另一實施例中，派射腔可以包括至少兩種氣體,例如但不限于IS氣和H2。Ar的流速可以在從20至150 sccm的范圍，并且H2氣體流速從5至100 sccm。例如,在一種實施例中，兩種氣體，Ar+H2，可以被用于流速在30 sccm的范圍內(nèi)，其中Ar流動可以保持在20sccm并且H2流動保持在10 Sccm0使用兩種氣體的方法產(chǎn)生的膜具有改進(jìn)的導(dǎo)電性。
[0056]現(xiàn)在參考圖1，本發(fā)明的另一實施例包括一種雙極板，其包括第一薄金屬片2和第二薄金屬片4，每個所述金屬片已經(jīng)被沖壓或成形為分別在第一和第二面6 A1中提供多個壟12和通道14。冷卻通道18可以被分別提供在第一金屬片2和第二金屬片4的第二面8^81內(nèi)。包括第一層15的應(yīng)力彈簧可以被形成或沉積在第一面6A1的整個表面之上，或者可以被選擇性地沉積在第一面6A1的部分之上。諸如石墨膜/導(dǎo)電碳膜16的第二層可以被沉積在第一層15的整個表面之上，或者可以被選擇性地沉積在第一層15的部分之上。例如，石墨膜/導(dǎo)電碳膜16可以被選擇性地僅沉積在第一金屬片2和第二金屬片4的壟12上。
[0057]現(xiàn)在參考圖2，本發(fā)明的另一實施例包括產(chǎn)品100，其包括實心聚合物電解質(zhì)隔膜50,其具有第一面52和相對的第二面54。陽極56可以被設(shè)置在實心聚合物電解質(zhì)隔膜50的第一面52之上。第一氣體擴(kuò) 散介質(zhì)層40可以被設(shè)置在陽極56之上并且任選地第一微孔層60可以被插在第一氣體擴(kuò)散介質(zhì)層40和陽極56之間。具有在其第一面內(nèi)形成的多個壟12和通道14的第一雙極板10可以被設(shè)置在第一氣體擴(kuò)散介質(zhì)層40之上。石墨膜/導(dǎo)電碳膜16被插在第一氣體擴(kuò)散介質(zhì)層40和第一雙極板10的第一面6之間。石墨膜/導(dǎo)電碳膜16可以覆蓋氣體擴(kuò)散介質(zhì)層40的整個第一面42，或者石墨膜/導(dǎo)電碳膜16可以覆蓋雙極板的整個第一面6。任選地，石墨膜/導(dǎo)電碳膜可以被選擇性地沉積在雙極板10的第一面6的部分上或者被選擇性地沉積在氣體擴(kuò)散介質(zhì)層40的第一面42的部分上。陰極58可以裝襯在實心聚合物電解質(zhì)隔膜50的第二面54下。第二氣體擴(kuò)散介質(zhì)層401可以裝襯在陰極層58下，并且任選地第二微孔層62可以被插在第二氣體擴(kuò)散介質(zhì)層401和陰極58之間。提供第二雙極板IO1并且其包括在其第一面61內(nèi)形成的多個壟121和通道141。第二石墨膜/導(dǎo)電碳膜161可以被插在第二雙極板IO1的第一面61和第二氣體擴(kuò)散介質(zhì)層401之間。第二石墨膜/導(dǎo)電碳膜可以被派射到第二氣體擴(kuò)散介質(zhì)層401的第一面421上或者第二雙極板IO1的第一面61上。應(yīng)力彈簧層15可以被分別插在襯底2、4和第二層
6、6’之間。
[0058]在另一實施例中，在沉積了石墨/導(dǎo)電碳涂層之后，可以通過后處理工藝來后處理涂層以便在基底石墨/導(dǎo)電碳結(jié)構(gòu)上引入極性官能部(主體烴基基團(tuán)、胺和硫的極性基團(tuán))，從而增強(qiáng)材料親水性。[0059]在本發(fā)明的一種實施例中，可以通過使得石墨膜/導(dǎo)電碳膜暴露于活性氧等離子體來完成后處理，其中該活性氧等離子體將通過破壞鍵并形成羥基、羧基和醛類功能團(tuán)來激活石墨/導(dǎo)電碳涂層。通過后處理的這種激活還增強(qiáng)了材料的多孔性，其可以進(jìn)一步增強(qiáng)材料親水性。
[0060]在本發(fā)明的一種實施例中，可以通過如下方式完成所述后處理，即:使得石墨/導(dǎo)電碳涂層膜暴露于活性(反應(yīng)性)氣體，例如氮?dú)?、一氧化氮、二氧化氮、氨氣或其混合物，其將通過破壞鍵并且形成例如胺類、氨化物、重氮基功能團(tuán)的氮基衍生物來激活石墨/導(dǎo)電碳涂層的涂覆。通過后處理的這種激活還增強(qiáng)材料多孔性，這會進(jìn)一步增強(qiáng)材料親水性。
[0061]在本發(fā)明的一種實施例中，可以通過將石墨/導(dǎo)電碳涂層膜暴露于例如硫化氫的活性硫基氣體來完成后處理，其中所述氣體將通過破壞鍵并形成例如硫酸鹽、亞硫酸鹽和硫醇官能團(tuán)的硫基衍生物來激活石墨/導(dǎo)電碳涂層。通過后處理的這種激活還增強(qiáng)材料多孔性，這會進(jìn)一步增強(qiáng)材料親水性。
[0062]在另一實施例中，涂層可以與化學(xué)物發(fā)生反應(yīng)以便產(chǎn)生極性基團(tuán)。在另一實施例中，可以通過施加親生涂層的薄層來弓I入極性基團(tuán)。
[0063]在本發(fā)明的一種實施例中，后處理工藝可以包括暴露于脈沖DC活性等離子體環(huán)境0-10分鐘，優(yōu)選地0.5-3分鐘，并且最優(yōu)選地2分鐘。
[0064]現(xiàn)在參考圖3，包括由涂覆有第一層(中間層)和包括石墨碳的第二層的不銹鋼襯底制成的雙極板的燃料電池在被測試時顯示出與鍍金雙極板相比類似的電池電壓退化和高頻電阻(HFR)性能。
[0065]下述被編號的實施例實質(zhì)上示出了本發(fā)明的范圍并且不試圖以任意方式限制本發(fā)明。
[0066]實施例1可以包括一種方法，其包括提供襯底，該襯底具有:第一面、附接到襯底的層壓板，該層壓板包括應(yīng)力彈簧，該應(yīng)力彈簧包括在襯底的第一面上的第一層；以及，在第一層上的第二層，該第二層被連接到第一層和襯底；以及在襯底的第一面內(nèi)形成特征以使得所述應(yīng)力彈簧在所述形成特征期間改變形狀以便第二層不會斷裂或不會變得脫離第一層或襯底。
[0067]實施例2可以包括如實施例1所述的方法，其中第一層具有超彈性特性。
[0068]實施例3可以包括如實施例1-2中任一者所述的方法，其中第一層包括超彈性合金或超彈性聚合物中的至少一種。
[0069]實施例4可以包括如實施例1-3中任一者所述的方法，其中第一層包括形狀記憶合金或形狀記憶聚合物中的至少一種。
[0070]實施例5可以包括如實施例1-4中任一者所述的方法，其中第一層包括含有鎳和鈦的合金。
[0071]實施例6可以包括如實施例1-5中任一者所述的方法，其中第一層包括TiNi。
[0072]實施例7可以包括如實施例1-6中任一者所述的方法，其中Ni與Ti的重量比在從20:80至80:20的范圍。
[0073]實施例8可以包括如實施例1-7中任一者所述的方法，其中第二層包括石墨碳。
[0074]實施例9可以包括如實施例1-8中任一者所述的方法，其中石墨碳包括比sp3鍵合更多的sp2鍵合。[0075]實施例10可以包括如實施例1-9中任一者所述的方法，其中所述形成特征是傳導(dǎo)性的以便在襯底第一面內(nèi)產(chǎn)生包括多個壟段和多個通道段的燃料電池反應(yīng)氣體流場。
[0076]實施例11可以包括如實施例1-10中任一者所述的方法，其中形成特征包括襯底的沖壓、液壓成型、電磁成形、脈沖壓力成形或超塑性成形中的至少一種。
[0077]實施例12可以包括一種方法，其包括在襯底上形成超彈性合金、超彈性聚合物形狀記憶合金或形狀記憶合金層中的至少一者，以及在襯底內(nèi)形成特征。
[0078]實施例13可以包括一種產(chǎn)品，其包括襯底，襯底包括具有在其內(nèi)形成的特征的第一面、在襯底的第一面上的應(yīng)力彈簧以及在應(yīng)力彈簧上的第二層，該應(yīng)力彈簧包括形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、超彈性合金、超彈性聚合物或超彈性碳納米管中的至少一者。
[0079]實施例14可以包括權(quán)利要求1-13中任一者所述的方法或產(chǎn)品，其中第二層是導(dǎo)電的。
[0080]實施例15可以包括權(quán)利要求1-13中任一者所述的方法或產(chǎn)品，其中第二層包括
石墨碳。
[0081]實施例16可以包括權(quán)利要求1-14中任一者所述的方法或產(chǎn)品，其中第一層包括鎳和鈦。
[0082]實施例17可 以包括權(quán)利要求1-16中任一者所述的方法或產(chǎn)品，其中鎳與鈦的重量比在從大約20:80至大約80:20的范圍。
[0083]實施例18可以包括權(quán)利要求1-17中任一者所述的方法或產(chǎn)品，其中第一層的厚度范圍在從I nm至50 nm。
[0084]實施例19可以包括一種方法，其包括使用包括鎳和鈦的第一層涂覆襯底、使用包括石墨碳的第二層涂覆第一層、沖壓在其上具有第一層和第二層的襯底以便形成在襯底的第一面內(nèi)具有多個壟段和通道段的燃料電池反應(yīng)氣體流場，并且其中第二層無裂紋。
[0085]實施例20可以包括權(quán)利要求1-19中任一者所述的方法或產(chǎn)品，其中鎳與鈦的重量比在從大約20:80至大約80:20的范圍。
[0086]當(dāng)關(guān)于第一部件或?qū)酉鄬τ诘诙考驅(qū)拥南鄬ξ恢檬褂眯g(shù)語“之上”、“在……上面”、“在上面”或“之下”、“在……下面”、“在下面”時，這樣的術(shù)語意味著第一部件或?qū)优c第二部件或?qū)又苯咏佑|，或意味著額外的層或部件被插在第一部件或?qū)雍偷诙考驅(qū)又g。這里描述的元件和部件可以以各種組合方式結(jié)合并且本發(fā)明的范圍不限制于這里文字列出的特定組合。
[0087]本發(fā)明的實施例的上述描述實質(zhì)上僅是示例性的，并且因此其變型不應(yīng)該被看作是背離本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，所述方法包括提供襯底，所述襯底具有:第一面；附接到所述襯底的層壓板，所述層壓板包括應(yīng)力彈簧，所述應(yīng)力彈簧包括在所述襯底的所述第一面上的第一層；以及，在所述第一層上的第二層，所述第二層被連接到所述第一層和所述襯底；以及，在所述襯底的所述第一面內(nèi)形成特征以使得所述應(yīng)力彈簧在所述形成特征期間改變形狀以便所述第二層不會斷裂或不會變得脫離所述第一層或所述襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一層具有超彈性特性。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一層包括超彈性合金或超彈性聚合物中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一層包括形狀記憶合金或形狀記憶聚合物中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一層包括含有鎳和鈦的合金。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一層包括TiNi。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，Ni與Ti的重量比在從20:80至80:20的范圍。
8.一種方法，所述方法包括在襯底上形成超彈性合金、超彈性聚合物形狀記憶合金或形狀記憶合金層中的至少一者，以及在所述襯底內(nèi)形成特征。
9.一種產(chǎn)品，所述產(chǎn)品包括襯底，所述襯底包括具有在其內(nèi)形成的特征的第一面、在所述襯底的所述第一面上的應(yīng)力彈簧以及在所述應(yīng)力彈簧上的第二層，所述應(yīng)力彈簧包括形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、超彈性合金、超彈性聚合物或超彈性碳納米管中的至少一者。
10.一種方法，所述方法包括使用包括鎳和鈦的第一層涂覆襯底、使用包括石墨碳的第二層涂覆所述第一層、沖壓在其上具有所述第一層和所述第二層的所述襯底以便形成在所述襯底的第一面內(nèi)具有多個壟段和通道段的燃料電池反應(yīng)氣體流場，并且其中所述第二層無裂紋。
【文檔編號】H01M4/88GK103490074SQ201310230725
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月12日
【發(fā)明者】G.V.達(dá)希奇, M.W.費(fèi)爾布魯格 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司