专利名称：具有弱接触电阻的部件,如pem燃料电池用电池框架和/或极板以及用于减小接触电阻的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有涂层表面和弱接触电阻的部件，如PEM燃料电池用电池框架和/或极板以及一种用于减小接触电阻的方法。
由德国专利申请DE 44 42 285 C1和DE 197 02119公开了一些由抗腐蚀的材料制成的PEM燃料电池用电池框架和极板。其中所采用的材料是铁基材料，这能带来加工技术方面的优点。这种材料的抗腐蚀性源自于构成了一层钝化氧化层。但它也使得集流器和极板之间的接触电阻急剧增大，由此会产生较大的电压损失。为了减小该接触电阻，例如均匀地给极板镀上了一层厚度≥0.5μm的金或者涂镀上另一种贵重金属。
迄今为止已公知一种仅仅贯通涂镀的金层。通常的层厚小于0.5μm。与这一较厚的贵重金属层相对应的是用于这一表面涂镀的费用也很高。由德国专利申请DE 69 125 425 T2公开了一种用于超导体的薄的镀金层。其中，一层均匀的贵重金属保护层设置在两个超导层之间。然而对这一保护层的要求却与对作为本发明主题的用于减小接触电阻的电导层的要求完全不同。因此，这样的镀金层例如在电导性和接触电阻方面有完全不同的特性曲线，必需采用另一种生产方法来形成这一镀金层。
本发明的目的在于，减小为一个诸如燃料电池用电池框架和/或极板的部件的表面涂镀贵重金属层的费用，同时使其接触电阻最小。此外，本发明的目的在于提供一种相应的减小接触电阻的方法。
本发明的对象是一种诸如燃料电池用、尤其是PEM燃料电池用电池框架和/或极板这样的部件，在其至少一处和/或一侧镀有一层贵重金属接触层，该贵重金属层的平均层厚最大为0.1μm，且优选为0.05μm。
此外，本发明的对象还涉及一种通过涂镀贵重金属层、用于减小一个部件的接触电阻的方法，其中，该贵重金属层的层厚最大为0.1μm。
在本文中的“涂镀层”最好不要理解为是贯通涂镀的一层均匀的连续的致密的(无细孔隙的-″pinhole-freie″)镀层和/或遮盖整个表面的镀层，而应理解为是在部件表面上的这样一种镀层，即它至少包括不连续的扁平的孤岛区和/或用于相应贵重金属原子的路径。
镀层上的不连续孤岛区和/或路径称为导电孤岛(Leitungsinseln)和/或导电路径(Leitungspfade)，因为它们与围绕它们的通常涂覆有钝化氧化层的部件上其它正常表面相比，是部件表面上具有小电阻的区域。
最小的导电孤岛-和/或导电路径密度和/或涂覆最少的贵重金属原子在本发明的镀层中是这样的，即有足够数量的导电路径穿过部件上的钝化-/氧化层，由此使得宏观的(低倍的)接触电阻小于20mΩcm2。
“贵重金属接触层的平均厚度”和/或“层厚”是一种理论上的高度。假设不连续的导电路径都均匀分布，才有这样的概念。例如在导电路径的平均高度为0.17μm以及在30％的区域涂镀时，通过计算可求出“贵重金属接触层的平均厚度”为0.051μm。
用于计算平均厚度的其它例子是导电路径的平均厚度0.17μm；涂镀 18％平均厚度0.03μm；50％ 0.09μm；10％ 0.017μm平均涂镀20％导电路径的高度0.15μm平均厚度0.03μm0.10μm 0.02μm0.20μm 0.04μm按照本发明方法涂镀的镀层厚度优选小于等于0.1μm，且进一步优选小于等于0.05μm，尤其优选小于等于0.03μm。小于0.02μm的层厚也可以实现。在具体实施时还可以达到0.015μm的层厚。
按照本发明方法的改进措施，只需通过接触极板和/或电池框架一次，就能通过电化学反应涂镀上一层贵重金属层。有待涂镀的部件表面可以被贵重金属活化，部件的接触电阻相对于另一个接触元件变小，并且在理想状态下趋于零。
按照本发明的一种改进措施，部件(极板和/或电池框架)的贵重金属镀层不是覆盖整个表面，这使得贵重金属镀层包括不连续的导电路径和/或导电孤岛。
按照本发明对部件的另一改进措施，接触层是用贵重金属制成的一连在一起的镀层，例如是毫微数量级(例如在1至10nm)的镀金层。
按照本发明的另一改进，不是部件的所有侧面都涂镀贵重金属，例如仅仅在从集流器到极板有电流通过之处才涂镀上贵重金属层。同样也可以仅仅在部件的一侧或多侧的某一个部位涂镀。
作为贵重金属优选采用金、银、钯、铜、铑、铱、铂以及这些金属的任意合金和混合物。
通过适当地对部件表面先进行活化以及随后进行表面镀金(Vorvergoldung)，按照本发明的方法可以制造出所谓的接触-金表层(Kontakt-Vorgolds)，这一接触-金表层的出色之处就在于贵重金属层的厚度特别薄。由此可显著降低对贵重金属的需求，进而能显著降低表面处理的费用。
通过采用刷镀(可能还要结合压紧接触-镀金)可以选择仅仅在一侧、例如极板和/或电池框架面向阳极室或阴极室的一侧镀金，而另一侧、例如极板面向冷却循环回路的一侧则不予涂镀。
在刷镀(Brush-plating)时要给有待涂镀的部件包上一层掩模，极板被这层掩模遮盖的地方能避免被涂镀。在完成接触层涂镀工作之后，再将该掩模去掉。
按照本发明方法的另一改进，所述部件在一个持续的且自动化的连续式处理工艺中得到涂镀，因此本发明方法有利于大批量生产。
在应用本发明的改进措施时，可以实现使一块极板和一个集流器之间的接触电阻低于3mΩcm2(在16 bar的压力下)或者低于7mΩcm2(在4 bar的压力下)。
本发明将贵重金属例如能减小一个燃料电池的极板和集流器之间的接触电阻的优点与低廉的生产费用结合起来。这是因为在过去就已经发现，即便是用最少的而且不是贯通连续的贵重金属镀层，就足以降低一个部件和一个接触元件之间的接触电阻，有时甚至效果更好。镀层可以薄到肉眼看不到的地步。
权利要求
1.一种在至少一处和/或一侧带有贵重金属接触层的部件，其中，贵重金属接触层的平均厚度小于等于0.1μm，该贵重金属层包括不连续的导电路径和/或导电孤岛。
2.如权利要求1所述的部件，其中，所述部件是一个燃料电池的一块极板和/或一个电池框架。
3.如权利要求1或2所述的部件，其中，所述贵重金属是金。
4.一种通过涂镀贵重金属用于减小一个部件的接触电阻的方法，其中，涂镀层厚最大为0.1μm的贵重金属层，并且使该贵重金属层包括不连续的导电路径和/或导电孤岛。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述部件是一个燃料电池的一块极板和/或一个电池框架。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中，所述贵重金属的涂镀工序结合在一个连续的生产过程中。
7.如权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，采用金作为贵重金属。
8.如权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，选择仅仅在部件上的某些地方和/或侧面进行涂镀。
全文摘要
本发明将贵重金属例如可降低一个燃料电池的极板和集流器之间的接触电阻的优点与低廉的生产费用结合起来。这是因为早在过去就已经发现,即便是用最少的而且不是贯通连续的贵重金属镀层,就足以降低一个部件和一个接触元件之间的接触电阻,有时甚至效果更好。
文档编号H01M8/10GK1345470SQ00805812
公开日2002年4月17日 申请日期2000年3月7日 优先权日1999年3月29日
发明者里贾纳·霍农, 曼弗雷德·韦达斯, 海因茨·福德勒, 伯恩德·杰舍尼克 申请人:西门子公司, W·C·赫鲁斯两合公司