燃料电池板的表面的涂覆方法

专利名称：燃料电池板的表面的涂覆方法
技术领域：
本发明总的涉及燃料电池，更特别地涉及燃料电池板的表面的涂覆方法。
背景技术：
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。

发明内容
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。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。本发明进一步体现在如下方面1.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。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。


参照以下详述和附图，本发明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由于混合氧化物组合物 以及该涂层的制备方法。如前所述，该亲水性有助于PEM燃料电池系统中的水管理。例如， 该涂层在燃料电池中提供了特定水平的相对湿度，其在各种燃料电池条件下提高质子传导
6性。该涂层还提供了快速取出水的路径，由此降低或防止了低电流密度条件下的溢流。进 一步地，该涂层的导电性防止了可能的电池电压降，否则当在该双极板上存在涂层时其可 能发生。现在参照图1，描述了典型的PEM燃料电池100。该燃料电池100包括阳极电极层 112、质子交换膜116和阴极电极层114，所有都夹在两个双极板110之间。在此处公开的燃料电池100中，在该双极板110上设立涂层(图1中未示出)。该 涂层是通过使用弱酸用于醇盐前体水解的共凝胶合成工艺产生的混合氧化物层。这允许在 低温下在该双极金属板110的该表面上原位形成混合氧化物框架。如前所述和如后面进一 步讨论的，该混合氧化物框架为该燃料电池100提供了亲水性和稳定性。在实施方案中，该涂层是由氧化钛和氧化硅的混合物构成的，其在燃料电池环境 中提供了与仅氧化硅相比稳定的亲水性。在另一实施方案中，在一些所述金属醇盐前体中 包括特定的官能团，相信这些官能团有助于提高该涂层与该双极金属板110的该表面之间 的颗粒粘合性。进一步地，通过使用薄涂层和活化工艺产生电子传导路径，其中所述活化工 艺导致形成可允许气体扩散介质渗透并接触该双极板110的形貌。图2A 2D和3描述了用于形成该涂层的方法的实施方案。通常，如图3中所示， 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以与所述金属氧化物前体的具有至 少一种不被(或不能被)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，如 附图标记300所示。该方法然后包括将该溶胶凝胶混合物施加到该燃料电池双极板的该表 面上，如附图标记302所示，然后通过在一个或多个预设温度下在空气中暴露所施加的混 合物预设时间而冷凝所述溶胶凝胶混合物，如附图标记304所示。然后将该冷凝的溶胶凝 胶混合物在预设温度下的水中浸渍预设时间，以在该燃料电池双极板的所述表面上形成导 电(传导的)的多孔亲水膜，如附图标记306所示。在该浸渍步骤之前、期间或之后以及如 前所述，该弱酸使该一种金属氧化物前体水解并与另一种金属氧化物前体形成混合金属氧 化物框架。图2A 2C描述了图3中所示的方法，参考这些附图提供另外的描述。图2A描述 了涂覆有此处公开的导电性亲水层/涂层212的实施方案的用于PEM燃料电池(例如如图 1中所示的100)的双极板210。尽管该涂层212显示为沿该双极板210的表面S基本是连 续的，但应当认识到该涂层212是多孔的且因此在某些区域暴露出部分该导电双极板表面 S(或其上设立的导电涂层(未示出))。更特别地，在该冷凝/水处理工艺(如下进一步描 述)过程中，在该表面S上形成构成该涂层212的小的多孔颗粒212 (如图2C中所示)，所 述多孔颗粒212之间的孔或空间提供了用于在电池堆组装过程中形成电子传导路径的接 触表面(如图2D中所示)。同样地，尽管该涂层212可以均勻设立在该表面S上，但这种涂 层212包括遍布的孔/空间。相信该涂层212提供了成本有效性材料以及用于在PEM燃料电池条件下改进水管 理的成本有效性方法。用于形成该涂层212的材料包括但不局限于弱酸和共同形成溶胶凝 胶混合物的两种金属氧化物前体。该弱酸选自以下酸中的一种磺酸、乙酸、磷酸、柠檬酸、 硼酸或其他有机酸(例如苯磺酸(PSA))及其组合。该金属氧化物前体选自以下金属氧化 物的前体二氧化硅、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、
7氧化铱、氧化钌、氧化铝或其混合物。适合的金属氧化物前体的特别非限定性实施例包括作 为二氧化硅前体的(N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)脲(TEOSPU)和作为二氧化钛前体的四异 丙氧化钛(TTIP)。该前体和酸的用量可以根据合成工艺条件、所用的材料等变化。理论上以及在一 种实施方案中，使用相同摩尔的酸官能团和醇盐官能团以形成完美的(或尽可能接近完美 的)金属氧化物框架。然而，在很多情况下，酸的量可以约高于其理论值。在该溶胶凝胶混合物中的至少一种金属氧化物前体经构造以在该工艺过程中被 该弱酸水解。该弱酸有利地引发并有助于形成该混合金属氧化物框架。应当认识到该酸官 能团不化学结合到该金属氧化物前体的或所得到的混合金属氧化物框架的表面上。而是在 该水处理工艺过程中将该酸官能团洗出。相信所得到的多孔混合金属氧化物框架提高了溶 胶凝胶涂层212的组分的亲水性、粘合性、稳定性和可分散性。在实施方案中，所述金属氧化物前体的另一种包括有机官能团。相信所述官能团 (一种或多种)对该涂层212产生更好的粘合性。所述有机官能团的非限定性实例包括酰 胺、环氧化物、丙烯酸酯和烷基脲(例如在非限定性实施方案中为丙基脲)。相信这些有机 官能团的选择使得其在该溶胶凝胶工艺过程中将不被且不能被水解。在一个非限定性实例中，该溶胶凝胶混合物是通过以下产生的混合预设量的乙 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，以及在该溶液中添加预设 量的四异丙氧化钛，由此形成二氧化钛_ 二氧化硅溶胶凝胶。现在参照图2B，此处公开的较低成本和简单的涂覆工艺包括施加步骤，其中将该 溶胶凝胶混合物施加到该双极板210上以形成薄膜共凝胶多孔涂层214。该薄膜共凝胶涂 层214经设立以具有纳米尺寸或微米尺寸上的厚度。进一步地，该厚度可以根据该燃料电 池100性能需要而改变。任何适合的沉积技术都可以用于设立该涂层，在一种非限定性实 例中，该技术是浸渍技术。该施加步骤之后是该薄膜共凝胶涂层214的冷凝。冷凝是通过将该涂层214暴露 在环境温度下(例如约20°C 约30°C)空气中预设时间而实现的。该冷凝时间将至少部 分根据所用的金属氧化物前体而改变。在一种非限定性实例中，该时间小于或等于2小时。 该冷凝工艺之后可以是将该涂层214在升高的温度下(即高于环境温度的任意温度，在非 限定性实例中为约100°C )在空气中暴露预设时间。再次，该升高的温度的暴露时间将取决 于所用的材料。在完成该冷凝步骤之后，将该薄膜共凝胶涂层214在水中浸渍预设时间。在该步 骤过程中，可以将水加热到约80°C的温度。通常，该水的温度为约50°C 约100°C。该热水 处理将该溶胶凝胶混合物活化并产生亲水性的混合金属氧化物溶胶凝胶多孔涂层212。多 孔涂层212的产生还暴露了该双极板210的导电表面S。图2C中示意性地显示了在冷凝和 水处理之后的该涂层212.为了产生亲水性，通过该溶胶凝胶工艺和该湿活化工艺处理该薄膜共凝胶涂层 214 (图2B)，所述湿活化包括前述的冷凝和水处理。在一些情况下，该涂覆层212不在高温 下煅烧可能是合意的，高温煅烧通常用于用于形成多孔材料的传统方法中。已经发现在不 煅烧的情况下，该湿活化工艺有助于制备具有良好稳定性的多孔膜212。在一些实施方案中，在活化该溶胶凝胶混合物(即将其浸渍在水中)之前，可以进
8一步干燥该具有涂层214的燃料电极板212。该另外的干燥步骤在一种实例中是通过以下 完成的将该经涂覆的燃料电池板210、214在环境空气中暴露预设时间，然后将该经涂覆 的燃料电池板210、214在比该环境空气高的温度下暴露另一预设时间。在实施方案中，该 更高的温度为约80°C 约200°C，该环境温度低于80°C。在PEM燃料电池堆组装过程中，通常将压力施加到该双极板210上的涂层212上， 以实现在碳扩散纸218和该双极板210之间更好的导电性(参见图2D)。就图1中的燃料 电池100而言，在阳极层112和阴极层114的各个中都使用碳扩散纸218 (图1中未示出)， 分别接触与该阳极层112和阴极层114相邻的双极板110、210的每一个。回到图2C和2D 两者，通过这种方式，该气体扩散层(例如碳扩散纸218)能够渗透通过该混合金属氧化物 溶胶凝胶涂层212中的空隙空间220，并直接与该双极板210的表面S接触，由此提供来往 的电子路径222。通过该碳扩散纸218和该双极板210的表面S之间的有效连接产生导电 性。在该湿活化工艺之后和在该电池堆组装工艺过程中产生的该电导路径222降低 或消除了由金属氧化物涂层212造成的接触电阻的升高。如果用SiO2或其他金属氧化物 涂覆该双极板210，该界面容易变得不导电。然而，此处描述的涂层212大大改进了该界面 导电率。因此，此处公开的实施方案使得能够将高度亲水性的涂层212施加到该双极金属 板210的疏水表面上同时保持该双极板210所需的导电率。在图2B-2D中所示的涂覆工艺之前，在一些情况下，可以对该金属双极板210的表 面S进行预处理。在一种实施方案中，该预处理是通过用酸(例如H2SO4)进行表面蚀刻以 产生粗糙且清洁的表面而实现的。在这种实施方案中，将该板210浸渍在室温或升高温度 的该酸的溶液中适于实现所需表面处理的时间。然后在其上设置该溶胶凝胶混合物之前用 水清洗该经过预处理的表面。在另一实施方案中，该金属双极板210的表面S的预处理可以通过在用溶胶凝胶 混合物涂覆该表面S之前用其他导电性更强的金属(例如Pt、Cu等)部分或全部涂覆该表 面S而实现。可以使用电镀工艺施加该导电性金属涂层。该电镀工艺使用电流从溶液中还 原所需材料(典型地为金属)的阳离子，并用另一材料(在该实例中为比该双极板210的 金属导电性更强的金属)的薄层涂覆导电性物体(例如该表面S)。特别地，将由电导性金 属(例如Pt、Cu等)形成的阳极和由该双极板210形成的阴极都连接到外部的直流电源， 同时该阳极和阴极浸渍在电解质溶液中。该阳极连接到该电源的正端子，该阴极连接到负 端子。当该外部电源接通时，阳极处的金属从0价态氧化以形成具有正电荷的阳离子。这 些阳离子与该电解质溶液中的阴离子相缔合。该阳离子然后在阴极(即该板210的表面S) 处还原，以沉积另外的该金属的0价态的导电层。作为该预处理工艺的非限定性实施例，如果电镀金属是铜，那么在阳极处将该铜 在酸溶液中通过丧失两个电子而氧化成Cu2+。该Cu2+阳离子与该溶液中的阴离子SO/—相 缔合以形成硫酸铜。在阴极处，该Cu2+通过得到两个电子而被还原为金属铜。结果铜从该 阳极源有效转移以形成覆盖该双极板210的表面S的金属电镀层。为了进一步解释本发明的实施方案，此处给出各种实施例。应当认识到这些提供 用于解释性的目的而不应当理解为限制所公开的实施方案的范围。
9实施例实施例1依照以下描述形成并施加TiO2-SiO2涂层(Ti/Si = 1 2)在304SS ( 一种标准不 锈钢)试样上。一起添加 5. Og 乙酸(99. 8% Reagent Plus, Aldrich)和在 50% 甲醇中的 2. 4g TE0SPU(N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)脲)(United Chemical Tech. Inc.)，在室温下搅拌10 分钟。将4.4g TTIP(四异丙氧化钛，97%，Aldrich)添加到上述溶液中，在室温下继续搅 拌30分钟。得到的溶液为约11. SgTiO2-SiO2溶胶凝胶。在室温下几小时之后该溶胶凝胶 会变得冷凝。在其冷凝之前将裸露的304SS试样浸入该溶胶凝胶混合物中。然后将该经涂覆的 试样在室温下在空气中干燥2小时。然后将该经涂覆的试样在100°C在空气下干燥整晚。 最后，将该经干燥的试样放入水中，并在80°C保持至少4小时。实施例2 (对比)依照以下描述形成并施加TiO2涂层在304SS试样上。一 起添加 7. Ig TTIP (四异丙氧化钛，97 %，Aldrich)和 6. Og 乙酸(99. 8 % Reagent Plus，Aldrich)，在室温下搅拌30分钟。得到的溶液为约11. 8g TiO2溶胶凝胶。 在室温下几小时之后该溶胶凝胶能够变得冷凝。在其冷凝之前将裸露的304SS试样浸入该溶胶凝胶中。然后将该经涂覆的试样在 室温下在空气中干燥2小时。然后将该经涂覆的试样在100°C在空气下干燥整晚。最后，将 该经干燥的试样放入水中，并在80°C保持至少4小时。实施例3 (对比)依照以下描述形成并施加SiO2涂层在304SS试样上。一起添加 4. 5g 乙酸(99. 8% Reagent Plus, Aldrich)和在 50% 甲醇中的 7. 4g TE0SPU(N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)脲)(United Chemical Tech. Inc.)，在室温下搅拌30 分钟。在其冷凝之前将裸露的304SS试样浸入该溶胶凝胶中。然后将该经涂覆的试样在 室温下在空气中干燥2小时。然后将该经涂覆的试样在100°C在空气下干燥整晚。最后，将该经干燥的试样放入水中，并在80°C保持至少4小时。实施例4依照实施例1和对比实施例2和3中所述的程序制备试样。特别的，制备具有以 下Ti/Si摩尔比的各种试样1 1、1 2、1 4、1 8、1 0和0 1。基于10 μ 1水滴 的直径得到亲水性数据。当该水滴铺展在该试样的整个表面(1平方英寸)上时该滴是亲 水的。基于在各种压力下在固定电流密度下测定的接触电阻得到电导率数据。在将所有经涂覆的试样(除Ti/Si = 1 8之外)在100°C干燥整晚之后，所有含 TiO2的涂层都是亲水性的。在将其干燥之后，该SiO2涂层(Ti/Si =0 1)是疏水性的。 观察到该SiO2溶液不能冷凝，这意味着该乙酸不能水解该SiO2前体，TE0SPU。另一方面，由 于该钛前体(TTIP)的存在，显然所有TiO2-SiO2溶胶凝胶都被乙酸水解。表1总结了上述包括TiO2和SiO2两者的样品的结果表1 =TiO2-SiO2涂覆的304SS试样的总结
10 依照在100°C在空气下干燥整晚的程序干燥试样上的涂层。在将其干燥之后依照 将其放置在80°C水中整晚的程序对该试样上的涂层进行水处理。对于1 0和0 ITi/ Si试样，由于产生裂纹和聚集(aggregation)，不能测定电导率。如上所述测试该试样中的涂层均勻性和水亲水性。如图4A和4B中所示，混合的 TiO2-SiO2涂层具有更好的质量和均勻性(参见图4(A)Ti/Si(l 4))。与此相比，如图4A 中所示，在具有TiO2或SiO2中的一种但不同时具有两者的试样中，涂层缺乏这些合意质量 的一些。在将该TiO2涂层在100°C干燥整晚之后，该涂层显示出较差的粘合性，且容易从该 试样表面上剥落，如图4A中所示。在SiO2涂层的情况下，在100°C将该涂层干燥整晚之后， 该涂层显示出更好的粘合性，但不均勻，也如图4A中所示。在图4B中，显示了对其进行亲 水性测试的Ti/Si(l 2)涂层。该测试是通过将10 μ 1的水滴放置在具有1 2的Ti/Si 比的该干燥涂层上进行的。图4B显示该涂层具有高亲水性，因为该水滴均勻铺展在该涂层 的整个表面上，这是表示亲水性的特征。实施例5对如上所述的TiO2-SiO2 (Ti/Si = 1:2)试样，首先将该经涂覆的试样干燥(即 在活化之前，BA)，然后进行水处理(即在活化之后，AA)。图5中显示了关于该BA样品和AA 样品的接触电阻变化百分比的对比数据。该数据是通过在IOOpsi比较该试样的AA电阻和 BA电阻而得到的。结果显示了随着压力升高接触电阻的差异。显然，在将该样品在水中处 理之后电阻大大降低。作为试验的一部分，用放置在两个碳纸之间的该经涂覆的试样测试该混合金属氧 化物的导电性。发现该混合金属氧化物是不导电的。这表明通过如上所述将该碳纸和裸露 试样表面连接产生了导电性。
11
尽管已经详细描述了几种实施方案，但可以对所公开的实施方案进行改变，这对 于本领域技术人员将是显而易见的。因此，前述说明应当被认为是示例性的而非限定性的。
权利要求
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。
2.权利要求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.权利要求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.权利要求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.权利要求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.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。
7.权利要求6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。
8.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。
9.权利要求8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、环氧化物、烷基脲及其组合。
10.权利要求9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。
全文摘要
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。
文档编号H01M8/02GK101901914SQ20101016710
公开日2010年12月1日 申请日期2010年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者J·J·金克, P·刘, R·H·布伦克, T·T·萨尔格罗, W·李 申请人:通用汽车环球科技运作公司