用于燃料电池部件的纳米颗粒涂覆方法

专利名称：用于燃料电池部件的纳米颗粒涂覆方法
技术领域：
本公开 一般涉及涂覆燃料电池部件的方法。
背景技术：
Angelopoulos等的美国专利6025057公开了对制造电子封装例如印 刷电路板的问题的解决方案，其中制造其的关键要求是实现合适的 Pd/Sn晶种层催化剂加载量。不足的Pd催化剂将在铜沉积的电路层中导 致空隙形成开路。太多的催化剂会导致粘合失效和侧面导电。粘合失效 造成无电镀液在光致抗蚀剂下面渗漏并在电路元件之间沉积铜引起短 路。公开的问题解决方案包括沉积有机聚电解质到有机衬底如由玻璃纤 维和环氧树脂形成的电路板上。胶体钯-锡晶种层被沉积在有机聚电解质 的上面。然后在晶种层上面沉积可光成像聚合物，并用光刻方法图案化 可光成像聚合物以暴露晶种层的部分。在晶种层的暴露部分上利用铜的 无电沉积来沉积铜。由pH适合所需晶种催化剂涂覆的水溶液沉积有^L 聚电解质。公开的有机聚电解质的例子为丙烯酰胺和P-曱基丙烯酰氧基 (metacryloxy )乙基三甲基铵曱基硫酸盐的共聚物。上述聚电解质包括 水解酰胺基并在pH低于4的含硫酸的水溶液中被沉积在有才几衬底上。 在另一实施方案中，聚电解质在pH超过10的含氢氧化钠的水溶液中被 沉积在有机衬底上。公开的另一种聚电解质为阳离子聚酰胺-胺。使用聚 电解质浓度在0.2和1.2克/升之间的中性水溶液。在聚电解质上沉积 Pd/Sn胶体悬浮液的晶种层。
1999年12月7日颁布的Angelopoulos等的美国专利5997997公开 了与制造电路化结构如印刷电路板有关的问题的解决方案，其中常规无 电镀方法经常面临过量晶种沉积的问题。电路板上过量晶种的存在导致 泄漏短路，和用于电路化晶种层上电路板的光致抗蚀剂的粘合性由于不
均匀表面而较差。过量晶种层还会导致在随后处理步骤中镀不想要的金 属。公开的解决方案包括提供工件，工件包括涂有聚合电介质层的衬底。 然后在周围环境气氛中焙烧具有聚合电介质层的工件。。然后，用能氢 键合到聚合电介质表面上弱酸性基团上的聚合物表面活性剂处理工件。 公开的聚合物表面活性剂为具有酰胺基的阳离子聚电解质，如阳离子聚
丙烯酰胺或阳离子聚酰胺基-胺。聚合物表面活性剂具有105-107的分子 量。公开的聚电解质可从Polytech, Inc以商标"Polytech"得到。
在与印刷电路板无关的领域中，燃料电池堆的制造包括制备具有水 管理特征的双极板。疏水双极板通道中液膜的毛细驱动不稳定性会导致 液体滞留和燃料电池性能丧失。已表明在双极板表面上引入亲水官能团
的等离子处理消除液体滞留和提高燃料电池性能。但是，这种等离子处 理技术非常昂贵且耗时。因此，需要替代的处理选择方案。 一种这种选 择方案公开在受让人的美国专利申请No.ll/463338中，2006年8月9 日4是交，题目为 "Fuel Cell Component With Coating Including Nanoparticles"。这种方法包括喷涂薄的亲水纳米颗粒涂层到双才及板表 面上。但是，申请人发现，这种方法存在大量耐久性问题，包括(1) 涂层缺乏颜色反射性意味着涂层的覆盖不一致(not coherent), ( 2 )涂层 保留有有机酸和表面活性剂残余物，和(3)涂层的强度是内聚性而不
发明典型实施方案概述
本发明的 一种实施方案包括燃料电池部件的涂覆方法，包括将燃料 电池部件浸没在包括纳米颗粒和液相的浴中，并且所述液相包括以液相 体积计至少30°/。的纳米颗粒分散剂。
本发明的另 一种实施方案包括燃料电池部件的涂覆方法，包括将燃 谇+电池部件浸没在包括纳米颗粒和液相的浴中，并且液相包^"以液相体 积计至少30%的醇。
本发明的另 一种实施方案包括燃料电池部件的涂覆方法，包括将燃 料电池部件浸没在包括纳米颗粒和液相的浴中，并且液相包4舌醇和水， 其中以液相体积计存在至少30%的醇，和干燥所述部件，然后重复浸没 和干燥数次。
从下文提供的详细描述中将更清楚本发明的其它实施方案。应认识到，详细描述和具体实施例，在说明本发明典型实施方案的同时，仅仅 用于说明目的，不旨在限制本发明的范围。
附图简述
从详细描述和附图中将更充分地理解本发明的示例性实施方案，其
中


图1为图示根据本发明一种实施方案的方法的工艺流程图。
图2为图示根据本发明另一种实施方案的另一种方法的工艺流程图。
图3图示了根据本发明一种实施方案的具有聚电解质聚合物第一层 和在其上的第二涂层材料的燃料部件。
图4图示了根据本发明另一种实施方案的具有聚电解质聚合物第一 层和在其上的第二涂层材料的燃料部件。
图5图示了根据本发明一种实施方案的方法。
图6图示了根据本发明另一种实施方案的方法。
图7图示了根据本发明另一种实施方案的方法。
图8图示了根据本发明另一种实施方案的方法。
图9图示了根据本发明一种实施方案的产品。
示例性实施方案详述
示例性实施方案的以下描述在性质上仅仅是示例性的，决不旨在限 制本发明、其应用或用途。
本发明的 一种实施方案包括方法，包括施加包含聚电解质聚合物的 水溶液到燃料电池部件上。聚电解质聚合物可包括阳离子官能团和/或阴 离子官能团。合适的阳离子聚电解质聚合物的例子包括但不限于下面这 些丙烯酰胺和季铵盐的共聚物；聚酰胺基-胺；聚烯丙胺盐酸盐；环氧 基偶氮聚合物；和丙烯酸基偶氮聚合物。燃料电池部件的合适例子包括 但不限于双极板、扩散介质和膜电极组件。第二涂层材料可净皮施加到粘 着到燃料电池部件上的聚电解质聚合物上。例如，第二涂层材料可包括 但不限于亲水或疏水材料。在一种实施方案中，第二涂层材料可包括纳 米颗粒。合适的第二涂层材料公开在受让人的美国专利申请序列号 11/463338中，于2006年8月9日提交，题目为"Fuel Cell Component WithCoating Including Nanoparticles，，，本文引入其公开内容作为参考。在本 发明的一种实施方案中，第二涂层材料包括含有可与涂在燃料电池部件 上的阳离子聚合物(聚电解质)形成强离子键的带负电荷基团的亲水材 料。
图1为图示根据本发明一种实施方案的方法的工艺流程图。在这种 实施方案中，方法的第一步骤100包括施加聚电解质聚合物水溶液到燃 料电池部件如双极板上。方法的第二步骤102包括通过例如在去离子水
物。方法的第三步骤104包括施力^第二涂层材料到粘着到i料电池S件 上的聚电解质聚合物上。第二涂层材料可为例如包括纳米颗粒的材料。 纳米颗粒为至少一个尺度小于20jum的颗粒。
方法的第四步骤106包括通过例如在去离子水中沖洗燃料电池板除 去任何未粘着到聚电解质聚合物的第二涂层材料。可重复步骤1至4 (100-106 )数次以建立聚电解质聚合物和粘着到其上的第二涂层材料的 多个层。
图2为图示根据本发明另一种实施方案的方法的工艺流程图。这种 方法的第一步骤108包括通过将板浸没在预处理溶液中例如在65。C下 三分钟从燃料电池双极板除去油脂和/或污染物。在一种实施方案中，预 处理溶液包括K2-级(FDA微电子级)脱脂剂。方法的第二步骤110包 括在去离子水的第一浴中沖洗板，例如在57。C下l分钟。方法的第三步 骤112包括在去离子水的第二浴中冲洗板，例如在57。C下1分钟以进行 干净冲洗。方法的第四步骤114包括将板浸没在包括第一聚电解质聚合 物的第一水溶液中例如大约2分钟。在本发明的一种实施方案中，第一 聚电解质聚合物为阳离子聚丙烯酰胺，例如可从CYTEC得到的 Superfloc C-442或C-446。阳离子聚丙烯酰胺聚合物的另 一例子是可从 Polytech, Inc得到的Polytech 7M。方法的第五步骤116包括在去离子水 的第三浴中沖洗板，例如在57。C下1分钟，以除去任何未粘着的第一聚 电解质聚合物。方法的第六步骤118包括在去离子水的第四浴中沖洗板， 例如在57。C下1分钟，以进行干净冲洗。方法的第七步骤120包括将板 浸没在包括第二涂层材料的第二水溶液中，例如在57。C下3分钟。第二 涂层材料可包括亲水纳米颗粒，如可从Nano-X得到的X-Tec 4014或 3408。方法的第八步骤122包括在去离子水的第五浴中冲洗板，例如在57。C下l分钟，以除去未粘着到第一聚电解质聚合物上的任何未粘着第 二涂层材料。方法的第九步骤124包括在去离子水的第六浴中冲洗板， 例如在57。C下1分钟，以进行干净冲洗。方法的第十步骤126包括重复 步骤4至9 (114-124)总共三个循环以建立聚电解质聚合物和其上的第 二涂层材料的多个层。然后，方法的第十一步骤128包括干燥板，例如， 通过将板放在干燥架上10-15分钟。
包括纳米颗粒的合适第二涂层材料的例子公开在受让人共同待审 美国专利申请序列号60/707705中，下文中描述这类第二涂层材料的例 子。本发明的一种实施方案包括具有衬底的燃料电池部件，如但不限于 其上具有聚电解质聚合物和在聚电解质聚合物上的包括纳米颗粒的第 二涂层材料的双极板。纳米颗粒可具有约2至约100纳米的尺寸；优选 地，约2至约20纳米；最优选约2至约5纳米。纳米颗粒可包括无机 和/或有机材料。第二涂层材料可包括含有羟基、卣化物、羧基、酮和/ 或醛官能团的化合物。第二涂层材料可使燃料电池部件如双极板亲水。
本发明的一种实施方案包括其上具有聚电解质聚合物和在聚电解 质聚合物上的包括具有亲水侧链的纳米颗粒的永久亲水涂层的燃料电 池部件。
本发明的一种实施方案中，包括纳米颗粒的永久亲水涂层包括 10-90wt。/。的无机结构、5-70wt。/。的亲水的和0-50wt。/。的具有官能团的有 机侧链。在本发明的一种实施方案中，亲水侧链为氨基、石黄酸根、硫酸 根、亚v5克酸根、磺酰胺、亚砜、羧酸根、多元醇、聚醚、；粦酸根或膦酸
根基团。
在本发明的一种实施方案中，第二涂层材料可包括有^L侧链，并且 其中有机侧链的官能团为环氧、丙烯酰氧、甲基丙烯酰氧、缩水甘油氧 基、烯丙基、乙烯基、羧基、巯基、羟基、酰胺或氨基、异氰基、羟基 或硅醇基。在本发明的一种实施方案中，涂层具有3-10的pH。
本发明的另 一种实施方案包括在燃料电池部件上的聚电解质聚合 物上沉积浆液溶液。浆液溶液包括纳米颗粒和载体，然后驱出载体。载 体可包括水、醇和/或其它合适的溶剂。在一种实施方案中，浆液包括 4-5wtyo的纳米颗粒并存在95-96wt。/o的载体。在一种实施方案中，可在 从约80到约180。C的温度驱出载体。固化期可为在80。C的IO分钟到180 'C的10秒。合适的浆液材料可从Nano-X GmbH以商标HP 3408和HP 4014得
到。浆液材料可提供能承受燃料电池工作条件超过2500小时的永久亲 水涂层。永久涂层可形成在金属如铝和高等级不锈钢、聚合物衬底和导 电复合衬底如双极板上。
美国专利申请2004/0237833描述了制备下文中复制的用于本发明 的浆液的大量方法，本文引入其公开内容作为参考。
实施例1.将221.29g ( lmol) 3-氨基丙基三乙氧基珪烷加入到 444.57g磺基琥珀酸中，同时搅拌，并在硅酮浴中加热到12(TC保持5小 时。在反应混合物冷却后，使20g粘性流体与80g (0.38mol)四乙氧基 珪烷混合，并吸收在lOOg乙醇中。然后使溶液与13.68g(0.76mol)0.1N HCl溶液混合，并在4(TC水浴中调和过4艾。这产生大约2nm的具有反 应端基的亲水纳米颗粒。用1/3水和2/3 N-甲基吡咯烷酮(NMP)的混 合物稀释得到的溶液至固体物质含量为5%,并通过喷涂施加到玻璃板 上，湿膜厚度为10-20ym。随后，在15(TC的循环空气干燥箱中压实衬 底3小时。
实施例2.将221.29g ( lmol) 3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到 444.57g磺基琥珀酸中，同时搅拌。然后在硅酮浴中将溶液加热到130 。C。在l小时的反应时间后，将332.93gLevasil 300/30。/。型(pH二10)碱 稳定石圭胶水溶液加入到反应溶液中，同时4觉拌。在12小时的反应时间 后，用水稀释混合物至固体物质含量为5%。这产生大约15nm的具有反 应端基的亲水纳米颗粒。通过淹没(inundation)将该体系施加到等离子活 化的聚碳酸酯片上，随后在13(TC的循环空气干燥箱中干燥5小时。
实施例3.将123.68g (0.5mol) 3-异氰酸根合丙基三乙氧基硅烷加 入到600g ( lmol)聚乙二醇600中，然后加入0.12g月桂酸二丁锡(相 对于3-异氰酸根合丙基三乙氧基硅烷为0.1wt%),在硅酮浴中加热到 130°C。向50g得到的溶液(溶液A)中加入25g (0.12mol)四乙氧基 硅烷和33.4g (0.12mol) 3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷，同时搅拌。 在加入15.12g (0.84mol) 0.1 N HCl溶液后，在室温下水解和缩合混合 物24小时。这产生大约5nm的具有反应端基的亲水纳米颗粒。
实施例4.向示例性实施方案3中描述的50g溶液A中加入12.5g (0.05mol) 3-曱基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、12.5g 20y。CeO2水溶 液(来自Aldricji)和50g乙醇，同时搅拌以匀化混合物，并进行亲水化48小时。在力口入0.375g Ciba Spezialitaten Chemie的Ingacure 184 (相对
于3-曱基丙烯酰氧基丙基三曱氧基硅烷为3wt%)后，通过喷涂将混合 物施加到火成(flamed)聚碳酸酯片上，湿膜厚度最大为30 ju m,并首 先在13(TC的循环空气干燥箱中热干燥10分钟。然后利用辐射输出为 l-2J/cn^的Hg发射器进行光化学干燥。
本发明的范围不限于上述第二涂层材料和制备它们的方法，而是包 括形成在燃料电池部件上聚电解质聚合物上的包含纳米颗粒的其它第 二涂层材料。下面描述第二涂层材料的其它实施方案和制备它们的方 法。
例如，合适的纳米颗粒包括但不限于Si〇2 、其它金属氧化物如Hf02 、 Zr02、 A1203、 Sn〇2、 Ta205、 Nb205、 Mo〇2、 Ir〇2、 Ru02、亚稳氧氮4匕 物、非化学计量的金属氧化物、氧氮化物、和包括碳链或包括碳的它们 的书于生物、和它们的混合物。
在一种实施方案中，第二涂层材料为亲水的，并包括至少一个Si-O 基团、至少一个极性基团和至少一个含有饱和或不饱和碳链的基团。在 本发明的一种实施方案中，极性基团可包括羟基、卤化物、羧基、酮或 醛官能团。在本发明的一种实施方案中，碳链可为饱和的或不饱和的， 并可具有l-4个碳原子。第二涂层材料可具有其它元素或化合物，包括 例如Au、 Ag、 Ru、 Rh、 Pd、 Re、 Os、 Ir、 Pt、稀土金属、它们的合金、 聚合碳或石墨以提高导电性。
在本发明的一种实施方案中，第二涂层材料包括Si-O基团和Si-R 基团，其中R包括饱和或不饱和碳链，并且其中Si-R基团对Si-O基团 的摩尔比为1/8至1/2,优选1/4至1/2。在本发明的另一种实施方案中， 笫二涂层材料还包括羟基以提高涂层的亲水性。
本发明的另一种实施方案包括燃料电池部件，其具有其上有聚电解 质聚合物和在聚电解质聚合物上的第二涂层材料的部件，并且其中涂层 来源于硅氧烷。硅氧烷可为直链的、支链的或环状的。在一种实施方案 中，硅氧烷具有式R2Si(D,其中R为烷基。
在本发明的另 一 种实施方案中，第二涂层材料来源于具有以下式的 材料<formula>formula see original document page 14</formula>
其中Ra、 R2、 R3、 R4、 Rs和Rf,各自可为H、 0、 CI或具有1-4个碳原 子的々包和或不饱和碳链，并且其中R2、 R3、 R4、 Rs和R6可相同或 不同。
在本发明的另 一 种实施方案中，第二涂层材料来源于具有以下式的 材料
r2 一 si—O-Sl— R5 i3 tie
其中&、 R2、 R3、 R4、 Rs和Rr，各自可为H、 0、 CI或具有1-4个碳原 子的饱和或不饱和碳链，并且其中R2、 R3、 R4、 R5和R6可相同或 不同，并且R" R2、 R3、 R4、 Rs或R6中的至少一个为具有至少一个石灰 原子的碳链。
本发明的另一种实施方案包括燃料电池部件，其在其上有聚电解质 聚合物和在聚电解质聚合物上的第二涂层材料，其中第二涂层材料包括 尺寸为1-100纳米、优选1-50和最优选1-10纳米的纳米颗粒，并且其 中纳米颗粒包括含有硅、饱和或不饱和碳链和极性基团的化合物。在一 种实施方案中，涂层可具有80-100nm的平均厚度。
如图3中所示，燃料电池部件IO可为双极一反，其包括相对薄的衬 底12,衬底12被压印以限定由多个平台16和通道14(反应物气体通 过它流动)限定的气流场。包括聚电解质聚合物的水溶液可^皮沉积在衬 底12的上表面18上，使得至少一部分聚电解质聚合物粘着到衬底12 上形成第一层20。可在压印衬底12前或后将包括聚电解质聚合物的水 溶液沉积在上表面18上。然后，可将包括第二涂层材料的水溶液施加 到聚电解质聚合物第一层20上并千燥以在聚电解质聚合物第一层20上 形成第二涂层材料22。衬底12可为金属如但不限于不锈钢。
现在参考图4，本发明的另一种实施方案包括燃料电池双极板10, 其包括已一皮机械加工以限定由多个平台16和通道14 (反应物气体通过
它流动)限定的气流场的衬底12。包括聚电解质聚合物的水溶液可被沉
积在双极板10的上表面18上，使得至少一部分聚电解质聚合物粘着到 衬底12上形成第一层20。然后，可将包括第二涂层材料的水溶液施加 到聚电解质聚合物第一层20上并干燥以在聚电解质聚合物第一层20上 形成第二涂层材料22。衬底12可为金属如但不限于不锈钢。
现在参考图5，在一种实施方案中，衬底12可涂有聚电解质聚合物 第一层20,并可在第一层20上选择性沉积掩横材料24。然后，第二涂 层材料22可被沉积在第一层20和掩横材料24上。如图6中所示，掩 横材料24和直接在掩横材料24上的第二涂层材料可被除去以在第一层 20上留下第二涂层材料22的选择部分。衬底12可被压印使得第二涂层 材料位于气流场的通道14中。可通过浸涂、喷涂、辊涂、或刷涂等将 包括聚电解质聚合物的水溶液和包括第二涂层材料的水溶液各自施加 或沉积到衬底12上。
现在参考图7,在另一种实施方案中，可在衬底12的上表面18上 选择性沉积掩模材料24。可在掩模材料24和衬底12上表面的暴露部分 18上形成聚电解质聚合物第一层20。然后可以在第一层20上形成第二 涂层材料22。然后，可除去掩模材料24和直接在掩模材料24上的第一 层20和第二涂层材料22的部分，如图8所示。类似的掩模技术可用于 才几才成加工的 H"底。
在本发明的另一种实施方案中，涂覆过程可使用或不使用包括聚电 解质的水溶液的上述涂覆方法。在本发明的这种实施方案中，将燃料部
件浸没在包括上述纳米颗粒和液相的浴中，液相包括量为液相至少30 体积％的纳米颗粒分散剂。液相可包括30-100体积％的纳米颗粒分散剂， 或在它们之间的任意体积百分数。液相还可包括量为液相0.1-70体积％ 的水，或在它们之间的任意体积百分数。合适的纳米颗粒分散剂包括但 不限于醇，包括甲醇、乙醇或丙醇中的至少一种。与水形成溶液并提供 分散性质的任何有机溶剂都被视为合适的分散剂。当使用X-Tec 3408 或4014时，纳米颗粒占X-Tec材料的4-5wt%。在本发明的一种实施方 案中，纳米颗粒的存在量可为浴溶液的0.2-5wt%。
在燃料电池部件浸没在上述浴中并从中取出后，任选地可在水(如 DI水)中冲洗燃料电池部件以除去未粘着到燃料电池部件上的任何涂 层，然后通过暴露燃料电池部件到环境空气、对流炉、红外或微波能中的至少一种来干燥。浸没、沖洗和干燥产生至少25nm厚的纳米颗粒涂 层。在本发明的一种实施方案中，浸没、冲洗和干燥在燃料电池部件上 产生涂层中具有0.4原子重量％硅的纳米颗粒涂层。
然后，可重复浸没、沖洗和千燥数次以在燃料电池部件上构建多层 纳米颗粒涂层。例如，可至少在同一燃料电池部件上进行浸没、沖洗和 干燥以产生至少100nm厚的納米颗粒涂层。在本发明的一种实施方案 中，重复浸没、冲洗和干燥以在燃料电池部件上产生涂层中具有1.5原 子重量％硅的纳米颗粒涂层。合适的纳米颗粒材料如上所述，尤其是可 从Nano-X得到的X-Tec 3408和/或4014,或可从Sigma画Aldrich得到的 二氧化硅纳米粉末。本发明的一种实施方案包括至少1份X-Tec 3408 或4014对19份溶剂，按体积计，其中溶剂为至少30体积％醇(在水中)。
现在参考图9，本发明的一种实施方案包括燃料电池部件10，如双 极板，其包括具有由多个平台16和通道14限定的气流场(gas flow field) 的衬底12。聚电解质聚合物第一层20在衬底的上表面18上。第一层 20包括多个层19, 21，每个都包括根据上述水溶液涂覆方法形成的聚 电解质聚合物。在聚电解质聚合物第一层20上提供纳米颗粒第二层22。 纳米颗粒第二层22可由多个层200、 202、 204、 206形成，每个都包括「 纳米颗粒，并通过用于沉积纳米颗粒连续层的上述浸涂方法形成。在本 发明的一种实施方案中，层200、 202、 204、 206合计有至少100nm厚， 并合计具有至少1.5原子重量％硅。
本发明的描述在性质上仅仅是示例性的，因此，其各种变化都旨在 本发明的范围内。这类变化不被视为偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1. 一种方法，包括:将燃料电池部件浸没在包括纳米颗粒和液相的浴中，所述液相包括纳米颗粒分散剂；从所述浴中取出所述燃料电池部件使得纳米颗粒涂层粘着到所述燃料电池部件上并干燥所述涂层。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括在干燥所述涂层前沖洗所述 燃料电池部件以除去未充分粘着到所述燃料电池部件上的任何纳米颗粒。
3. 如权利要求l所述的方法，其中所述分散剂包括醇。
4. 如权利要求3所述的方法， 所述醇。
5. 如权利要求4所述的方法:0.1-70体积％的水。
6. 如权利要求3所述的方法: 中的至少一种。
7. 如权利要求1所述的方法: 水构成溶液的有机溶剂。
8. 如权利要求7所述的方法，其中存在所述液相至少30体积％的其中所述液相还包括量为所述液相其中所述醇包括曱醇、乙醇或丙醇其中所述纳米颗粒分散剂包括能与其中所述液相还包括水。 重复所述浸没、取出和干燥以处理
9. 如权利要求1所述的方法 所述燃料电池部件上的至少二层纳米颗粒。
10. 如权利要求l所述的方法，还包括在浸没前，施加包括聚电解质聚合物的水溶液到所述燃料电池部件 上使得至少 一部分所述聚电解质聚合物粘着到所述部件的至少一部分 上。
11. 如权利要求1所述的方法，其中所述燃料电池部件包括双极板。
12. 如权利要求10所述的方法，其中所述聚电解质聚合物包括阳 离子官能团。
13. 如权利要求10所述的方法，其中所述聚电解质聚合物包括阴 离子官能团。
14. 如权利要求10所述的方法，还包括施加第二涂层材料到粘着 到所述部件上的所述聚电解质聚合物上。
15. 如权利要求12所述的方法，还包括施加包含阴性官能团的第二涂层材料到粘着到所述部件上的所述聚电解质聚合物上并使得所述 阴性官能团和所述阳性官能团形成离子键。
16. 如权利要求1所述的方法，其中所述纳米颗粒包括阴性官能团。
17. 如权利要求l所述的方法，其中所述纳米颗粒包括硅氧烷。
18. 如权利要求l所述的方法，其中所述纳米颗粒包括二氧化硅。
19. 一种方法，包括(a )施加聚电解质聚合物水溶液到燃料电池部件上使得至少一部 分所述聚电解质聚合物粘着到所述部件的至少一部分上；(b )除去未粘着到燃料电池部件上的任何聚电解质聚合物；(c) 施加第二涂层材料到粘着到所述部件上的所述聚电解质聚合物上；(d) 除去任何未粘着到所述部件上粘着的所述聚电解质聚合物上 的第二涂层材料；(e) 将所述燃料电池部件浸没在包括纳米颗粒和液相的浴中，所 述液相包括纳米颗粒分散剂；述燃料电池部件上并干燥所述涂层；^ ^ ",' —、'-(g)冲洗所述燃料电池部件以除去未充分粘着到所述燃料电池部 件上的任何颗粒。
20. 如权利要求19所述的方法，还包括重复(a-d)数次。
21. 如权利要求19所述的方法，还包括重复(f-g)数次。
22. —种方法，包括(a) 通过将燃料电池双极板浸没在预处理溶液中从所述板上除去 油脂和污染物；(b) 在去离子水的第一浴中冲洗所述板；(c) 在去离子水的第二浴中冲洗所述板；(d) 将所述板浸没在第一聚电解质聚合物的第一水溶液中；(e )在去离子水的第三浴中冲洗所述板以除去任何未粘着到所述 板上的第一聚电解质聚合物；(f) 在去离子水的第四浴中沖洗所述板；(g) 将所述板浸没在包括第二涂层材料的第二分散体中，其中第 二分散体包括纳米颗粒和醇；(h )在去离子水的第四浴中沖洗所述板以除去任何未粘着到所述 板上粘着的第一聚电解质聚合物上的所述第二涂层材料；(i)在去离子水的第五浴中冲洗所述板；(j)重复(d-i)至少三个循环；(k)干燥所述板。
23. 如权利要求22所述的方法，其中所述板上粘着的第一聚电解 质聚合物包括阳离子官能团。
24. 如权利要求23所述的方法，其中所述纳米颗粒具有阴离子官 能团。
25. 如权利要求22所述的方法，其中第一聚电解质聚合物包括以 下中的至少一种丙烯酰胺和季铵盐的共聚物；聚酰胺基-胺；聚烯丙基 胺盐酸盐；环氧基偶氮聚合物；或丙烯酸基偶氮聚合物。
26. —种方法，包括施加包括聚电解质聚合物的水溶液到燃料电池部件上使得至少一 部分所述聚电解质聚合物粘着到所述部件的至少 一部分上；施加第二涂层材料到粘着到所迷燃料电池部件上的所述聚电解质 聚合物上，所述第二涂层材料包括纳米颗粒和分散剂。
27. 如权利要求26所述的方法，其中所述燃料电池部件包括双极板。
28. 如权利要求26所述的方法，其中所迷聚电解质聚合物包括阳 离子官能团。
29. 如权利要求26所述的方法，其中所述聚电解质聚合物包括阴 离子官能团。
30. 如权利要求26所述的方法，其中所述纳米颗粒具有约2至约 100纳米的尺寸。
31. 如权利要求26所述的方法，其中所述纳米颗粒包括无机或有 机材料。
32. 如权利要求26所述的方法，其中所迷纳米颗粒包括亲水侧链。
33. 如权利要求26所述的方法，其中所述纳米颗粒包4舌10-90wt% 的无机结构、5-70wt。/。的亲水的和0-50wt。/o的具有官能团的有机侧链。
34. 如权利要求26所述的方法，其中所述纳米颗粒包括氨基、石黄 酸根、硫酸根、亚硫酸根、磺酰胺、亚砜、羧酸根、多元醇、聚醚、磷 酸根或膦酸根基团中的至少 一种。
35. 如权利要求26所述的方法，其中所迷纳米颗粒包括具有官能 团的有机侧链，并且其中所述有机侧链的所述官能团为环氧、丙烯酰氧、 甲基丙烯酰氧、缩水甘油基氧基、烯丙基、乙烯基、羧基、巯基、羟基、 酰胺或氨基、异氰基、羟基或硅醇基。
36. 如权利要求26所述的方法，其中所述燃料电池部件包括衬底, 所述衬底包括金属、聚合物材料或导电复合材料中的至少 一种。
37. 如权利要求26所述的方法，其中所述纳米颗粒包括Si02、Hf02、 Zr02、 A1203、 Sn〇2、 Ta205、 Nb205、 Mo〇2、 Ir02、 Ru02、亚稳氧氮化 物、非化学计量的金属氧化物、氧氮化物、或者包括碳链或包括碳的其 书f生物、或其混合物中的至少一种。
38. 如权利要求26所述的方法，其中所述纳米颗粒包括至少一个 Si-0基团、至少一个极性基团和至少一个含有饱和或不饱和碳链的基 团。
39. 如权利要求26所述的方法，其中所述纳米颗粒包括极性基团， 所述极性基团包括羟基、卣化物、羧基、酮或醛官能团中的至少一种。
40. 如权利要求26所述的方法，其中所述第二涂层材料还包括Au、 Ag、 Ru、 Rh、 Pd、 Re、 0s、 Ir、 Pt、稀土金属、它们的合金、聚合碳或 石墨。
41. 如权利要求26所述的方法，其中所述纳米颗粒的每一个都包 括Si-O基团和Si-R基团，其中R包括饱和或不饱和碳链，并且其中Si-R 基团对Si-O基团的摩尔比为1/8至1/2。
42. 如权利要求26所述的方法，其中所述第二涂层材料包括源自 硅氧烷的材料。
43. 如权利要求26所述的方法，其中所述纳米颗粒源自具有以下 式的材料<formula>formula see original document page 5</formula> 其中Ri、 R2、 R3、 R4、 Rs和R6各自可以为H、 O、 CI或具有1-4个石友 原子的饱和或不饱和碳链，并且其中R2、 R3、 R4、 R5和R6可以相 同或不同，并且R,、 R2、 R3、 R4、 R5或R6中的至少一个为具有至少一 个碳原子的碳链。
44. 如权利要求26所述的方法，其中所述施加第二涂层包括将所 述燃料电池部件浸没在包括所述纳米颗粒和分散剂的浴中。
45. 如权利要求44所述的方法，还包括从所述浴中取出所述燃料 电池部件并干燥第二涂层。
46. 如权利要求45所述的方法，还包括重复所述浸没、从所述浴 中取出所述燃料电池部件和所述干燥，以在所迷燃料电池部件上产生多 个纳米颗粒层，其中所述多个层合计至少lOOnm厚。
47. 如权利要求45所述的方法，其中所述纳米颗粒包括硅，并还 包括重复所述浸没、从所述浴中取出所述燃料电池部件和所述干燥以在 所述燃料电池部件上产生多个纳米颗粒层，其中所述多个层合计具有至 少1.5原子重量％硅。
48. 如权利要求44所述的方法，其中所迷纳米颗粒的存在量为所 述浴的0.2-5wt%。
49. 如权利要求l所述的方法，其中所述纳米颗粒的存在量为所述 浴的0.2-5wt%。
50. 如权利要求19所述的方法，其中所迷纳米颗粒的存在量为所 述浴的0.2-5wt%。
51. 如权利要求22所述的方法，其中所述纳米颗粒的存在量为所 述分散体的0.2-5wt%。
全文摘要
一种使用包括纳米颗粒的涂层溶液涂覆燃料电池部件的方法。
文档编号H01M8/10GK101378845SQ200680053041
公开日2009年3月4日 申请日期2006年12月11日 优先权日2005年12月19日
发明者A·安杰罗普洛斯, S·L·彼得斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司