燃料电池金属双极板的耐久性的提高制造技术

一种金属双极板(8、10)，其具有涂覆有一覆盖层(58)的一主体。所述覆盖层(58)可以包括一石墨基化合物(60)。所述覆盖层(58)还可以包括导电氧化物。所述导电氧化物可以包括选自由RuIrO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池金属双极板的耐久性的提高
[0001]相关申请
[0002]本申请案主张2020年9月28日提交的美国临时申请案第63/084,213号和2020年9月28日提交的美国临时申请案第63/084,232号的优先权。上述申请案的全部公开内容通过引用并入本文。
专利

[0003]本公开内容涉及燃料电池，并且更具体地涉及用于燃料电池中的双极板。

技术介绍

[0004]本节提供与本公开内容相关的背景信息，其不一定是现有技术。
[0005]传统上，电力可以使用化石燃料发电。然而，大多数科学家一致认为，化石燃料发电产生的污染物和温室气体排放量占世界温室气体排放的很大一部分；在美国，发电量占排放量的近40％，是所有来源中最大的。因此，消费者和公众对其他发电方法感兴趣，这些方法可以防止化石燃料发电产生的气体排放。几种不同的发电方法已经被提出作为可能的替代方法，例如核能、地热能、风能、潮汐能和太阳能。在提议的技术中，燃料电池可能为取代化石燃料提供了最具吸引力的解决方案。燃料电池已被提议作为清洁、高效和对环境负责的电源，用于各种行业，包括制造中心、家庭和电动汽车等应用。
[0006]燃料电池的一个范例是一质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)燃料电池。所述PEM燃料电池包括一膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)，所述膜电极组件具有薄的固体聚合物或复合膜，其具有设置在所述膜的相对面上的阳极层和阴极层(每个包括一触媒)。所述膜可以包括一离聚物并且对质子可以是可渗透的。所述MEA可以被设置在一对多孔导电材料之间，也被称为气体扩散介质，其将气体反应物，例如氢气分配到所述阳极层，将氧气或空气分配到所述阴极层。所述氢反应物被引入所述阳极，在那里它在触媒(catalyst)的存在下进行电化学反应以产生电子和质子。所述电子通过设置在阳极和阴极之间的一电路从阳极传导到阴极，例如，电路可以包括诸如一电动机之类的一电负载。同时，所述质子穿过所述膜到达所述阴极，在那里一氧化剂，如氧气或空气，在触媒存在下进行电化学反应，以产生氧阴离子。所述氧阴离子与所述质子反应形成作为反应产物的水。
[0007]所述PEM燃料电池的MEA被夹设在一对导电双极板之间，所述导电双极板用作阳极层和阴极层的集电器。所述双极板可以容纳流体并将流体引入燃料电池、在燃料电池内和从燃料电池中引出，并将流体(例如，包括氢气和氧气或空气的反应流体、冷却剂)分配到操作所需的燃料电池区域。此外，双极板可以为扩散介质、膜、密封件等提供结构支撑。双极板的附加功能可以包括燃料电池堆中的燃料电池之间的密封、传导燃料电池内的反应形成的热量，以及重要的是传导燃料电池反应产生的电力。
[0008]尽管燃料电池为化石燃料发电提供了一种很有前途的替代方案，但应用燃料电池技术来制造优化的燃料电池已被证明是困难的。例如，金属双极板在性能、重量、厚度和易于制造方面比石墨双极板具有许多优势。然而，当金属双极板暴露在水中时，可能会腐蚀，
导致在达到所需寿命之前性能下降；例如，对于重载应用，燃料电池部件通常可以达到25,000小时以上的耐久性目标。
[0009]提高金属双极板耐久性的一种方法是用一覆盖层涂层涂覆所述金属双极板。这种覆盖层涂层可以保持所述双极板的导电性，同时防止所述双极板的表面受到表面氧化物的钝化，其中钝化会不希望地增加所述板的电阻。然而，如果所述覆盖层涂层具有针孔、划痕或其他缺陷，则暴露的金属基底在暴露于水中时可能受到侵蚀并形成局部腐蚀。不希望的是，局部腐蚀会传播穿过所述双极板的金属基底并对所述板的性能产生负面影响。
[0010]因此，持续需要一种在导电的同时具有增加的耐久性的金属双极板。理想的是，所述金属双极板将表现出固有的化学、电化学和耐腐蚀性。

技术实现思路

[0011]与本公开内容一致，出人意料地发现了一种金属双极板，所述金属双极板在导电的同时具有增加的耐久性，并且提供固有的化学、电化学和耐腐蚀性。
[0012]在一实施例中，金属双极板具有一主体。所述主体可以包括一覆盖层。所述主体可以涂覆有所述覆盖层。所述覆盖层可以包括导电氧化物和一石墨基化合物。所述导电氧化物可以包括钌(ruthenium,Ru)、铱(iridium,Ir)、铌(niobium,Nb)及其组合的一种或多种氧化物。这样的氧化物可以包括选自由RuIrO
x
(富Ru)、IrRuO
x
(富Ir)、RuO
x
、NbO
x
、IrO
x
及其组合所组成的群组的成分。
[0013]在另一个实施例中，所述金属双极板具有一主体。所述主体可以具有一第一覆盖层和一第二覆盖层。所述主体可以涂覆有所述第一覆盖层。所述第一覆盖层可以涂覆有所述第二覆盖层。所述第一覆盖层可以包括一石墨基化合物。所述第二覆盖层可以包括导电氧化物。所述导电氧化物可以包括选自由RuIrO
x
(富Ru)、IrRuO
x
(富Ir)、RuO
x
、NbO
x
、IrO
x
及其组合所组成的群组的成分。
[0014]根据在此提供的描述，可用性的进一步范围将变得明显。要理解的是，所述说明和具体实施例仅仅是为了例举的目的，而不是意图限制当前的公开内容的范围。
附图说明
[0015]本文中描述的附图仅出于对选择的实施方式而非所有可能的实现方式进行说明的目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
[0016]图1示出了一PEM燃料电池堆的示意性分解透视图，为了简单起见，仅示出了具有单个金属双极板组件的两个燃料电池，其中所述金属双极板是根据本技术而被构造的；
[0017]图2是图1的所述双极板的侧视图，其示出了根据本技术所构造的金属双极板的一实施例；
[0018]图3是图1的所述双极板的侧视图，其示出了根据本技术所构造的金属双极板的另一实施例；以及
[0019]图4是示出根据本技术生产所述双极板的步骤的流程图。
具体实施方式
[0020]以下对技术的描述在一个或多个专利技术的主题、制造和使用的性质上仅是示例性
的，并且不意欲限制在本专利技术申请或在可以提交要求本专利技术申请的优先权的这些其它专利申请或者由此授权的专利中要求保护的任何特定专利技术的范围、应用或使用。除非另外明确表示，否则对于所公开的方法，所呈现的步骤的顺序在本质上是示例性的，并因此在多个实施方式中，步骤的顺序可以不同，包括其中可以同时进行某些步骤。如本文所使用的“一个”表示存在“至少一个”物品；如果可能，可以存在多个这种物品。除非另外明确指出，否则本说明书中的所有数字量应被理解为由词语“约”修饰，并且在描述本技术的最宽范围时，所有几何和空间描述语将被理解为由词语“基本上”修饰。当应用于数值时，“约”表示计算或测量允许该值存在一些轻微的不精确性(某种程度地接近值的精确性；适当或合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种双极板，其特征在于，所述双极板包括：一金属主体；以及一覆盖层，所述覆盖层被设置在所述金属主体上，所述覆盖层包括一石墨基化合物和一过渡金属氧化物。2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述石墨基化合物包括石墨烯。3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于：所述石墨烯包括氧化石墨烯。4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述过渡金属氧化物包括选自由氧化钌、氧化铱、氧化铌及其组合所组成的群组的成分。5.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述过渡金属氧化物包括选自由RuIrO
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(富Ru)、IrRuO
x
(富Ir)、RuO
x
/NbO
x
、IrO
x
/NbO
x
及其组合所组成的群组的成分。6.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述覆盖层包括所述石墨基化合物和所述过渡金属氧化物的混合物。7.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述覆盖层包括：一第一覆盖层，所述第一覆盖层被设置在所述金属主体上，所述第一覆盖层包括所述石墨基化合物；以及一第二覆盖层，所述第二覆盖层被设置在该第一覆盖层上，所述第二覆盖层包括所述过渡金属氧化物。8.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述覆盖层包括：一第一覆盖层，所述第一覆盖层被设置在所述金属主体上，所述第一覆盖层包括所述石墨基化合物；一第二覆盖层，所述第二覆盖层被设置在该第一覆盖层上，所述第二覆盖层包括所述过渡金属氧化物；以及一第三覆盖层，所述第三覆盖层被设置在该第二覆盖层上，所述第三覆盖层包括所述石墨基化合物。9.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述覆盖层包括：多个第一覆盖层，所述多个第一覆盖层中的一个直接地被设置在所述金属主体上，所述多个第一覆盖层包括所述石墨基化合物；以及多个第二覆盖层，所述多个第二覆盖层的每一个被设置在所述多个第一覆盖层中的两个之间，所述多个第二覆盖层包括所述过渡金属氧化物。10.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述金属主体包括不锈钢和钛中的一种；所述石墨基化合物包括氧化石墨烯；所述过渡金属氧化物包括选自由氧化钌、氧化铱、氧化铌及其组合所组成的群组的成分；以及所述覆盖层包括石墨烯和所述过渡金属氧化物的混合物。11.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于：所述金属主体包括不锈钢和钛中的一种；所述石墨基化合物包括氧化石墨烯；所述过渡金属氧化物包括选自由氧化钌、氧化铱、氧化铌及其组合所组成的群组的成
分；以及所述覆盖层包括：多个第一覆盖层，所述多个第一覆盖层中的一个直接地被设置在所述金属主体上，所述多个第一覆盖层包...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉杰什，
申请(专利权)人：海易森汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：