用於燃料電池部件的納米顆粒塗覆方法

2023-05-22 04:05:41

專利名稱：用於燃料電池部件的納米顆粒塗覆方法
技術領域：
本公開 一般涉及塗覆燃料電池部件的方法。
背景技術：
Angelopoulos等的美國專利6025057公開了對製造電子封裝例如印 刷電路板的問題的解決方案，其中製造其的關鍵要求是實現合適的 Pd/Sn晶種層催化劑加載量。不足的Pd催化劑將在銅沉積的電路層中導 致空隙形成開路。太多的催化劑會導致粘合失效和側面導電。粘合失效 造成無電鍍液在光致抗蝕劑下面滲漏並在電路元件之間沉積銅引起短 路。公開的問題解決方案包括沉積有機聚電解質到有機襯底如由玻璃纖 維和環氧樹脂形成的電路板上。膠體鈀-錫晶種層被沉積在有機聚電解質 的上面。然後在晶種層上面沉積可光成像聚合物，並用光刻方法圖案化 可光成像聚合物以暴露晶種層的部分。在晶種層的暴露部分上利用銅的 無電沉積來沉積銅。由pH適合所需晶種催化劑塗覆的水溶液沉積有^L 聚電解質。公開的有機聚電解質的例子為丙烯醯胺和P-曱基丙烯醯氧基 (metacryloxy )乙基三甲基銨曱基硫酸鹽的共聚物。上述聚電解質包括 水解醯胺基並在pH低於4的含硫酸的水溶液中被沉積在有才幾襯底上。 在另一實施方案中，聚電解質在pH超過10的含氫氧化鈉的水溶液中被 沉積在有機襯底上。公開的另一種聚電解質為陽離子聚醯胺-胺。使用聚 電解質濃度在0.2和1.2克/升之間的中性水溶液。在聚電解質上沉積 Pd/Sn膠體懸浮液的晶種層。
1999年12月7日頒布的Angelopoulos等的美國專利5997997公開 了與製造電路化結構如印刷電路板有關的問題的解決方案，其中常規無 電鍍方法經常面臨過量晶種沉積的問題。電路板上過量晶種的存在導致 洩漏短路，和用於電路化晶種層上電路板的光致抗蝕劑的粘合性由於不
均勻表面而較差。過量晶種層還會導致在隨後處理步驟中鍍不想要的金 屬。公開的解決方案包括提供工件，工件包括塗有聚合電介質層的襯底。 然後在周圍環境氣氛中焙燒具有聚合電介質層的工件。。然後，用能氫 鍵合到聚合電介質表面上弱酸性基團上的聚合物表面活性劑處理工件。 公開的聚合物表面活性劑為具有醯胺基的陽離子聚電解質，如陽離子聚
丙烯醯胺或陽離子聚醯胺基-胺。聚合物表面活性劑具有105-107的分子 量。公開的聚電解質可從Polytech, Inc以商標"Polytech"得到。
在與印刷電路板無關的領域中，燃料電池堆的製造包括製備具有水 管理特徵的雙極板。疏水雙極板通道中液膜的毛細驅動不穩定性會導致 液體滯留和燃料電池性能喪失。已表明在雙極板表面上引入親水官能團
的等離子處理消除液體滯留和提高燃料電池性能。但是，這種等離子處 理技術非常昂貴且耗時。因此，需要替代的處理選擇方案。 一種這種選 擇方案公開在受讓人的美國專利申請No.ll/463338中，2006年8月9 日4是交，題目為 "Fuel Cell Component With Coating Including Nanoparticles"。這種方法包括噴塗薄的親水納米顆粒塗層到雙才及板表 面上。但是，申請人發現，這種方法存在大量耐久性問題，包括(1) 塗層缺乏顏色反射性意味著塗層的覆蓋不一致(not coherent), ( 2 )塗層 保留有有機酸和表面活性劑殘餘物，和(3)塗層的強度是內聚性而不
發明典型實施方案概述
本發明的 一種實施方案包括燃料電池部件的塗覆方法，包括將燃料 電池部件浸沒在包括納米顆粒和液相的浴中，並且所述液相包括以液相 體積計至少30°/。的納米顆粒分散劑。
本發明的另 一種實施方案包括燃料電池部件的塗覆方法，包括將燃 誶+電池部件浸沒在包括納米顆粒和液相的浴中，並且液相包^"以液相體 積計至少30%的醇。
本發明的另 一種實施方案包括燃料電池部件的塗覆方法，包括將燃 料電池部件浸沒在包括納米顆粒和液相的浴中，並且液相包4舌醇和水， 其中以液相體積計存在至少30%的醇，和乾燥所述部件，然後重複浸沒 和乾燥數次。
從下文提供的詳細描述中將更清楚本發明的其它實施方案。應認識到，詳細描述和具體實施例，在說明本發明典型實施方案的同時，僅僅 用於說明目的，不旨在限制本發明的範圍。
附圖簡述
從詳細描述和附圖中將更充分地理解本發明的示例性實施方案，其
中


圖1為圖示根據本發明一種實施方案的方法的工藝流程圖。
圖2為圖示根據本發明另一種實施方案的另一種方法的工藝流程圖。
圖3圖示了根據本發明一種實施方案的具有聚電解質聚合物第一層 和在其上的第二塗層材料的燃料部件。
圖4圖示了根據本發明另一種實施方案的具有聚電解質聚合物第一 層和在其上的第二塗層材料的燃料部件。
圖5圖示了根據本發明一種實施方案的方法。
圖6圖示了根據本發明另一種實施方案的方法。
圖7圖示了根據本發明另一種實施方案的方法。
圖8圖示了根據本發明另一種實施方案的方法。
圖9圖示了根據本發明一種實施方案的產品。
示例性實施方案詳述
示例性實施方案的以下描述在性質上僅僅是示例性的，決不旨在限 制本發明、其應用或用途。
本發明的 一種實施方案包括方法，包括施加包含聚電解質聚合物的 水溶液到燃料電池部件上。聚電解質聚合物可包括陽離子官能團和/或陰 離子官能團。合適的陽離子聚電解質聚合物的例子包括但不限於下面這 些丙烯醯胺和季銨鹽的共聚物；聚醯胺基-胺；聚烯丙胺鹽酸鹽；環氧 基偶氮聚合物；和丙烯酸基偶氮聚合物。燃料電池部件的合適例子包括 但不限於雙極板、擴散介質和膜電極組件。第二塗層材料可淨皮施加到粘 著到燃料電池部件上的聚電解質聚合物上。例如，第二塗層材料可包括 但不限於親水或疏水材料。在一種實施方案中，第二塗層材料可包括納 米顆粒。合適的第二塗層材料公開在受讓人的美國專利申請序列號 11/463338中，於2006年8月9日提交，題目為"Fuel Cell Component WithCoating Including Nanoparticles，，，本文引入其公開內容作為參考。在本 發明的一種實施方案中，第二塗層材料包括含有可與塗在燃料電池部件 上的陽離子聚合物(聚電解質)形成強離子鍵的帶負電荷基團的親水材 料。
圖1為圖示根據本發明一種實施方案的方法的工藝流程圖。在這種 實施方案中，方法的第一步驟100包括施加聚電解質聚合物水溶液到燃 料電池部件如雙極板上。方法的第二步驟102包括通過例如在去離子水
物。方法的第三步驟104包括施力^第二塗層材料到粘著到i料電池S件 上的聚電解質聚合物上。第二塗層材料可為例如包括納米顆粒的材料。 納米顆粒為至少一個尺度小於20jum的顆粒。
方法的第四步驟106包括通過例如在去離子水中沖洗燃料電池板除 去任何未粘著到聚電解質聚合物的第二塗層材料。可重複步驟1至4 (100-106 )數次以建立聚電解質聚合物和粘著到其上的第二塗層材料的 多個層。
圖2為圖示根據本發明另一種實施方案的方法的工藝流程圖。這種 方法的第一步驟108包括通過將板浸沒在預處理溶液中例如在65。C下 三分鐘從燃料電池雙極板除去油脂和/或汙染物。在一種實施方案中，預 處理溶液包括K2-級(FDA微電子級)脫脂劑。方法的第二步驟110包 括在去離子水的第一浴中沖洗板，例如在57。C下l分鐘。方法的第三步 驟112包括在去離子水的第二浴中衝洗板，例如在57。C下1分鐘以進行 乾淨衝洗。方法的第四步驟114包括將板浸沒在包括第一聚電解質聚合 物的第一水溶液中例如大約2分鐘。在本發明的一種實施方案中，第一 聚電解質聚合物為陽離子聚丙烯醯胺，例如可從CYTEC得到的 Superfloc C-442或C-446。陽離子聚丙烯醯胺聚合物的另 一例子是可從 Polytech, Inc得到的Polytech 7M。方法的第五步驟116包括在去離子水 的第三浴中沖洗板，例如在57。C下1分鐘，以除去任何未粘著的第一聚 電解質聚合物。方法的第六步驟118包括在去離子水的第四浴中沖洗板， 例如在57。C下1分鐘，以進行乾淨衝洗。方法的第七步驟120包括將板 浸沒在包括第二塗層材料的第二水溶液中，例如在57。C下3分鐘。第二 塗層材料可包括親水納米顆粒，如可從Nano-X得到的X-Tec 4014或 3408。方法的第八步驟122包括在去離子水的第五浴中衝洗板，例如在57。C下l分鐘，以除去未粘著到第一聚電解質聚合物上的任何未粘著第 二塗層材料。方法的第九步驟124包括在去離子水的第六浴中衝洗板， 例如在57。C下1分鐘，以進行乾淨衝洗。方法的第十步驟126包括重複 步驟4至9 (114-124)總共三個循環以建立聚電解質聚合物和其上的第 二塗層材料的多個層。然後，方法的第十一步驟128包括乾燥板，例如， 通過將板放在乾燥架上10-15分鐘。
包括納米顆粒的合適第二塗層材料的例子公開在受讓人共同待審 美國專利申請序列號60/707705中，下文中描述這類第二塗層材料的例 子。本發明的一種實施方案包括具有襯底的燃料電池部件，如但不限於 其上具有聚電解質聚合物和在聚電解質聚合物上的包括納米顆粒的第 二塗層材料的雙極板。納米顆粒可具有約2至約100納米的尺寸；優選 地，約2至約20納米；最優選約2至約5納米。納米顆粒可包括無機 和/或有機材料。第二塗層材料可包括含有羥基、卣化物、羧基、酮和/ 或醛官能團的化合物。第二塗層材料可使燃料電池部件如雙極板親水。
本發明的一種實施方案包括其上具有聚電解質聚合物和在聚電解 質聚合物上的包括具有親水側鏈的納米顆粒的永久親水塗層的燃料電 池部件。
本發明的一種實施方案中，包括納米顆粒的永久親水塗層包括 10-90wt。/。的無機結構、5-70wt。/。的親水的和0-50wt。/。的具有官能團的有 機側鏈。在本發明的一種實施方案中，親水側鏈為氨基、石黃酸根、硫酸 根、亞v5克酸根、磺醯胺、亞碸、羧酸根、多元醇、聚醚、；粦酸根或膦酸
根基團。
在本發明的一種實施方案中，第二塗層材料可包括有^L側鏈，並且 其中有機側鏈的官能團為環氧、丙烯醯氧、甲基丙烯醯氧、縮水甘油氧 基、烯丙基、乙烯基、羧基、巰基、羥基、醯胺或氨基、異氰基、羥基 或矽醇基。在本發明的一種實施方案中，塗層具有3-10的pH。
本發明的另 一種實施方案包括在燃料電池部件上的聚電解質聚合 物上沉積漿液溶液。漿液溶液包括納米顆粒和載體，然後驅出載體。載 體可包括水、醇和/或其它合適的溶劑。在一種實施方案中，漿液包括 4-5wtyo的納米顆粒並存在95-96wt。/o的載體。在一種實施方案中，可在 從約80到約180。C的溫度驅出載體。固化期可為在80。C的IO分鐘到180 'C的10秒。合適的漿液材料可從Nano-X GmbH以商標HP 3408和HP 4014得
到。漿液材料可提供能承受燃料電池工作條件超過2500小時的永久親 水塗層。永久塗層可形成在金屬如鋁和高等級不鏽鋼、聚合物襯底和導 電複合襯底如雙極板上。
美國專利申請2004/0237833描述了製備下文中複製的用於本發明 的漿液的大量方法，本文引入其公開內容作為參考。
實施例1.將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，同時攪拌，並在矽酮浴中加熱到12(TC保持5小 時。在反應混合物冷卻後，使20g粘性流體與80g (0.38mol)四乙氧基 珪烷混合，並吸收在lOOg乙醇中。然後使溶液與13.68g(0.76mol)0.1N HCl溶液混合，並在4(TC水浴中調和過4艾。這產生大約2nm的具有反 應端基的親水納米顆粒。用1/3水和2/3 N-甲基吡咯烷酮(NMP)的混 合物稀釋得到的溶液至固體物質含量為5%,並通過噴塗施加到玻璃板 上，溼膜厚度為10-20ym。隨後，在15(TC的循環空氣乾燥箱中壓實襯 底3小時。
實施例2.將221.29g ( lmol) 3-氨基丙基三乙氧基矽烷加入到 444.57g磺基琥珀酸中，同時攪拌。然後在矽酮浴中將溶液加熱到130 。C。在l小時的反應時間後，將332.93gLevasil 300/30。/。型(pH二10)鹼 穩定石圭膠水溶液加入到反應溶液中，同時4覺拌。在12小時的反應時間 後，用水稀釋混合物至固體物質含量為5%。這產生大約15nm的具有反 應端基的親水納米顆粒。通過淹沒(inundation)將該體系施加到等離子活 化的聚碳酸酯片上，隨後在13(TC的循環空氣乾燥箱中乾燥5小時。
實施例3.將123.68g (0.5mol) 3-異氰酸根合丙基三乙氧基矽烷加 入到600g ( lmol)聚乙二醇600中，然後加入0.12g月桂酸二丁錫(相 對於3-異氰酸根合丙基三乙氧基矽烷為0.1wt%),在矽酮浴中加熱到 130°C。向50g得到的溶液(溶液A)中加入25g (0.12mol)四乙氧基 矽烷和33.4g (0.12mol) 3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷，同時攪拌。 在加入15.12g (0.84mol) 0.1 N HCl溶液後，在室溫下水解和縮合混合 物24小時。這產生大約5nm的具有反應端基的親水納米顆粒。
實施例4.向示例性實施方案3中描述的50g溶液A中加入12.5g (0.05mol) 3-曱基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、12.5g 20y。CeO2水溶 液(來自Aldricji)和50g乙醇，同時攪拌以勻化混合物，並進行親水化48小時。在力口入0.375g Ciba Spezialitaten Chemie的Ingacure 184 (相對
於3-曱基丙烯醯氧基丙基三曱氧基矽烷為3wt%)後，通過噴塗將混合 物施加到火成(flamed)聚碳酸酯片上，溼膜厚度最大為30 ju m,並首 先在13(TC的循環空氣乾燥箱中熱乾燥10分鐘。然後利用輻射輸出為 l-2J/cn^的Hg發射器進行光化學乾燥。
本發明的範圍不限於上述第二塗層材料和製備它們的方法，而是包 括形成在燃料電池部件上聚電解質聚合物上的包含納米顆粒的其它第 二塗層材料。下面描述第二塗層材料的其它實施方案和製備它們的方 法。
例如，合適的納米顆粒包括但不限於Si〇2 、其它金屬氧化物如Hf02 、 Zr02、 A1203、 Sn〇2、 Ta205、 Nb205、 Mo〇2、 Ir〇2、 Ru02、亞穩氧氮4匕 物、非化學計量的金屬氧化物、氧氮化物、和包括碳鏈或包括碳的它們 的書於生物、和它們的混合物。
在一種實施方案中，第二塗層材料為親水的，並包括至少一個Si-O 基團、至少一個極性基團和至少一個含有飽和或不飽和碳鏈的基團。在 本發明的一種實施方案中，極性基團可包括羥基、滷化物、羧基、酮或 醛官能團。在本發明的一種實施方案中，碳鏈可為飽和的或不飽和的， 並可具有l-4個碳原子。第二塗層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、稀土金屬、它們的合金、 聚合碳或石墨以提高導電性。
在本發明的一種實施方案中，第二塗層材料包括Si-O基團和Si-R 基團，其中R包括飽和或不飽和碳鏈，並且其中Si-R基團對Si-O基團 的摩爾比為1/8至1/2,優選1/4至1/2。在本發明的另一種實施方案中， 笫二塗層材料還包括羥基以提高塗層的親水性。
本發明的另一種實施方案包括燃料電池部件，其具有其上有聚電解 質聚合物和在聚電解質聚合物上的第二塗層材料的部件，並且其中塗層 來源於矽氧烷。矽氧烷可為直鏈的、支鏈的或環狀的。在一種實施方案 中，矽氧烷具有式R2Si(D,其中R為烷基。
在本發明的另 一 種實施方案中，第二塗層材料來源於具有以下式的 材料formula see original document page 14
其中Ra、 R2、 R3、 R4、 Rs和Rf,各自可為H、 0、 CI或具有1-4個碳原 子的々包和或不飽和碳鏈，並且其中R2、 R3、 R4、 Rs和R6可相同或 不同。
在本發明的另 一 種實施方案中，第二塗層材料來源於具有以下式的 材料
r2 一 si—O-Sl— R5 i3 tie
其中&、 R2、 R3、 R4、 Rs和Rr，各自可為H、 0、 CI或具有1-4個碳原 子的飽和或不飽和碳鏈，並且其中R2、 R3、 R4、 R5和R6可相同或 不同，並且R" R2、 R3、 R4、 Rs或R6中的至少一個為具有至少一個石灰 原子的碳鏈。
本發明的另一種實施方案包括燃料電池部件，其在其上有聚電解質 聚合物和在聚電解質聚合物上的第二塗層材料，其中第二塗層材料包括 尺寸為1-100納米、優選1-50和最優選1-10納米的納米顆粒，並且其 中納米顆粒包括含有矽、飽和或不飽和碳鏈和極性基團的化合物。在一 種實施方案中，塗層可具有80-100nm的平均厚度。
如圖3中所示，燃料電池部件IO可為雙極一反，其包括相對薄的襯 底12,襯底12被壓印以限定由多個平臺16和通道14(反應物氣體通 過它流動)限定的氣流場。包括聚電解質聚合物的水溶液可^皮沉積在襯 底12的上表面18上，使得至少一部分聚電解質聚合物粘著到襯底12 上形成第一層20。可在壓印襯底12前或後將包括聚電解質聚合物的水 溶液沉積在上表面18上。然後，可將包括第二塗層材料的水溶液施加 到聚電解質聚合物第一層20上並千燥以在聚電解質聚合物第一層20上 形成第二塗層材料22。襯底12可為金屬如但不限於不鏽鋼。
現在參考圖4，本發明的另一種實施方案包括燃料電池雙極板10, 其包括已一皮機械加工以限定由多個平臺16和通道14 (反應物氣體通過
它流動)限定的氣流場的襯底12。包括聚電解質聚合物的水溶液可被沉
積在雙極板10的上表面18上，使得至少一部分聚電解質聚合物粘著到 襯底12上形成第一層20。然後，可將包括第二塗層材料的水溶液施加 到聚電解質聚合物第一層20上並乾燥以在聚電解質聚合物第一層20上 形成第二塗層材料22。襯底12可為金屬如但不限於不鏽鋼。
現在參考圖5，在一種實施方案中，襯底12可塗有聚電解質聚合物 第一層20,並可在第一層20上選擇性沉積掩橫材料24。然後，第二塗 層材料22可被沉積在第一層20和掩橫材料24上。如圖6中所示，掩 橫材料24和直接在掩橫材料24上的第二塗層材料可被除去以在第一層 20上留下第二塗層材料22的選擇部分。襯底12可被壓印使得第二塗層 材料位於氣流場的通道14中。可通過浸塗、噴塗、輥塗、或刷塗等將 包括聚電解質聚合物的水溶液和包括第二塗層材料的水溶液各自施加 或沉積到襯底12上。
現在參考圖7,在另一種實施方案中，可在襯底12的上表面18上 選擇性沉積掩模材料24。可在掩模材料24和襯底12上表面的暴露部分 18上形成聚電解質聚合物第一層20。然後可以在第一層20上形成第二 塗層材料22。然後，可除去掩模材料24和直接在掩模材料24上的第一 層20和第二塗層材料22的部分，如圖8所示。類似的掩模技術可用於 才幾才成加工的 H"底。
在本發明的另一種實施方案中，塗覆過程可使用或不使用包括聚電 解質的水溶液的上述塗覆方法。在本發明的這種實施方案中，將燃料部
件浸沒在包括上述納米顆粒和液相的浴中，液相包括量為液相至少30 體積％的納米顆粒分散劑。液相可包括30-100體積％的納米顆粒分散劑， 或在它們之間的任意體積百分數。液相還可包括量為液相0.1-70體積％ 的水，或在它們之間的任意體積百分數。合適的納米顆粒分散劑包括但 不限於醇，包括甲醇、乙醇或丙醇中的至少一種。與水形成溶液並提供 分散性質的任何有機溶劑都被視為合適的分散劑。當使用X-Tec 3408 或4014時，納米顆粒佔X-Tec材料的4-5wt%。在本發明的一種實施方 案中，納米顆粒的存在量可為浴溶液的0.2-5wt%。
在燃料電池部件浸沒在上述浴中並從中取出後，任選地可在水(如 DI水)中衝洗燃料電池部件以除去未粘著到燃料電池部件上的任何塗 層，然後通過暴露燃料電池部件到環境空氣、對流爐、紅外或微波能中的至少一種來乾燥。浸沒、沖洗和乾燥產生至少25nm厚的納米顆粒塗 層。在本發明的一種實施方案中，浸沒、衝洗和乾燥在燃料電池部件上 產生塗層中具有0.4原子重量％矽的納米顆粒塗層。
然後，可重複浸沒、沖洗和千燥數次以在燃料電池部件上構建多層 納米顆粒塗層。例如，可至少在同一燃料電池部件上進行浸沒、沖洗和 乾燥以產生至少100nm厚的納米顆粒塗層。在本發明的一種實施方案 中，重複浸沒、衝洗和乾燥以在燃料電池部件上產生塗層中具有1.5原 子重量％矽的納米顆粒塗層。合適的納米顆粒材料如上所述，尤其是可 從Nano-X得到的X-Tec 3408和/或4014,或可從Sigma畫Aldrich得到的 二氧化矽納米粉末。本發明的一種實施方案包括至少1份X-Tec 3408 或4014對19份溶劑，按體積計，其中溶劑為至少30體積％醇(在水中)。
現在參考圖9，本發明的一種實施方案包括燃料電池部件10，如雙 極板，其包括具有由多個平臺16和通道14限定的氣流場(gas flow field) 的襯底12。聚電解質聚合物第一層20在襯底的上表面18上。第一層 20包括多個層19, 21，每個都包括根據上述水溶液塗覆方法形成的聚 電解質聚合物。在聚電解質聚合物第一層20上提供納米顆粒第二層22。 納米顆粒第二層22可由多個層200、 202、 204、 206形成，每個都包括「 納米顆粒，並通過用於沉積納米顆粒連續層的上述浸塗方法形成。在本 發明的一種實施方案中，層200、 202、 204、 206合計有至少100nm厚， 併合計具有至少1.5原子重量％矽。
本發明的描述在性質上僅僅是示例性的，因此，其各種變化都旨在 本發明的範圍內。這類變化不被視為偏離本發明的精神和範圍。
權利要求
1. 一種方法，包括:將燃料電池部件浸沒在包括納米顆粒和液相的浴中，所述液相包括納米顆粒分散劑；從所述浴中取出所述燃料電池部件使得納米顆粒塗層粘著到所述燃料電池部件上並乾燥所述塗層。
2. 如權利要求1所述的方法，還包括在乾燥所述塗層前沖洗所述 燃料電池部件以除去未充分粘著到所述燃料電池部件上的任何納米顆粒。
3. 如權利要求l所述的方法，其中所述分散劑包括醇。
4. 如權利要求3所述的方法， 所述醇。
5. 如權利要求4所述的方法:0.1-70體積％的水。
6. 如權利要求3所述的方法: 中的至少一種。
7. 如權利要求1所述的方法: 水構成溶液的有機溶劑。
8. 如權利要求7所述的方法，其中存在所述液相至少30體積％的其中所述液相還包括量為所述液相其中所述醇包括曱醇、乙醇或丙醇其中所述納米顆粒分散劑包括能與其中所述液相還包括水。 重複所述浸沒、取出和乾燥以處理
9. 如權利要求1所述的方法 所述燃料電池部件上的至少二層納米顆粒。
10. 如權利要求l所述的方法，還包括在浸沒前，施加包括聚電解質聚合物的水溶液到所述燃料電池部件 上使得至少 一部分所述聚電解質聚合物粘著到所述部件的至少一部分 上。
11. 如權利要求1所述的方法，其中所述燃料電池部件包括雙極板。
12. 如權利要求10所述的方法，其中所述聚電解質聚合物包括陽 離子官能團。
13. 如權利要求10所述的方法，其中所述聚電解質聚合物包括陰 離子官能團。
14. 如權利要求10所述的方法，還包括施加第二塗層材料到粘著 到所述部件上的所述聚電解質聚合物上。
15. 如權利要求12所述的方法，還包括施加包含陰性官能團的第二塗層材料到粘著到所述部件上的所述聚電解質聚合物上並使得所述 陰性官能團和所述陽性官能團形成離子鍵。
16. 如權利要求1所述的方法，其中所述納米顆粒包括陰性官能團。
17. 如權利要求l所述的方法，其中所述納米顆粒包括矽氧烷。
18. 如權利要求l所述的方法，其中所述納米顆粒包括二氧化矽。
19. 一種方法，包括(a )施加聚電解質聚合物水溶液到燃料電池部件上使得至少一部 分所述聚電解質聚合物粘著到所述部件的至少一部分上；(b )除去未粘著到燃料電池部件上的任何聚電解質聚合物；(c) 施加第二塗層材料到粘著到所述部件上的所述聚電解質聚合物上；(d) 除去任何未粘著到所述部件上粘著的所述聚電解質聚合物上 的第二塗層材料；(e) 將所述燃料電池部件浸沒在包括納米顆粒和液相的浴中，所 述液相包括納米顆粒分散劑；述燃料電池部件上並乾燥所述塗層；^ ^ ",' —、'-(g)衝洗所述燃料電池部件以除去未充分粘著到所述燃料電池部 件上的任何顆粒。
20. 如權利要求19所述的方法，還包括重複(a-d)數次。
21. 如權利要求19所述的方法，還包括重複(f-g)數次。
22. —種方法，包括(a) 通過將燃料電池雙極板浸沒在預處理溶液中從所述板上除去 油脂和汙染物；(b) 在去離子水的第一浴中衝洗所述板；(c) 在去離子水的第二浴中衝洗所述板；(d) 將所述板浸沒在第一聚電解質聚合物的第一水溶液中；(e )在去離子水的第三浴中衝洗所述板以除去任何未粘著到所述 板上的第一聚電解質聚合物；(f) 在去離子水的第四浴中沖洗所述板；(g) 將所述板浸沒在包括第二塗層材料的第二分散體中，其中第 二分散體包括納米顆粒和醇；(h )在去離子水的第四浴中沖洗所述板以除去任何未粘著到所述 板上粘著的第一聚電解質聚合物上的所述第二塗層材料；(i)在去離子水的第五浴中衝洗所述板；(j)重複(d-i)至少三個循環；(k)乾燥所述板。
23. 如權利要求22所述的方法，其中所述板上粘著的第一聚電解 質聚合物包括陽離子官能團。
24. 如權利要求23所述的方法，其中所述納米顆粒具有陰離子官 能團。
25. 如權利要求22所述的方法，其中第一聚電解質聚合物包括以 下中的至少一種丙烯醯胺和季銨鹽的共聚物；聚醯胺基-胺；聚烯丙基 胺鹽酸鹽；環氧基偶氮聚合物；或丙烯酸基偶氮聚合物。
26. —種方法，包括施加包括聚電解質聚合物的水溶液到燃料電池部件上使得至少一 部分所述聚電解質聚合物粘著到所述部件的至少 一部分上；施加第二塗層材料到粘著到所迷燃料電池部件上的所述聚電解質 聚合物上，所述第二塗層材料包括納米顆粒和分散劑。
27. 如權利要求26所述的方法，其中所述燃料電池部件包括雙極板。
28. 如權利要求26所述的方法，其中所迷聚電解質聚合物包括陽 離子官能團。
29. 如權利要求26所述的方法，其中所述聚電解質聚合物包括陰 離子官能團。
30. 如權利要求26所述的方法，其中所述納米顆粒具有約2至約 100納米的尺寸。
31. 如權利要求26所述的方法，其中所述納米顆粒包括無機或有 機材料。
32. 如權利要求26所述的方法，其中所迷納米顆粒包括親水側鏈。
33. 如權利要求26所述的方法，其中所述納米顆粒包4舌10-90wt% 的無機結構、5-70wt。/。的親水的和0-50wt。/o的具有官能團的有機側鏈。
34. 如權利要求26所述的方法，其中所述納米顆粒包括氨基、石黃 酸根、硫酸根、亞硫酸根、磺醯胺、亞碸、羧酸根、多元醇、聚醚、磷 酸根或膦酸根基團中的至少 一種。
35. 如權利要求26所述的方法，其中所迷納米顆粒包括具有官能 團的有機側鏈，並且其中所述有機側鏈的所述官能團為環氧、丙烯醯氧、 甲基丙烯醯氧、縮水甘油基氧基、烯丙基、乙烯基、羧基、巰基、羥基、 醯胺或氨基、異氰基、羥基或矽醇基。
36. 如權利要求26所述的方法，其中所述燃料電池部件包括襯底, 所述襯底包括金屬、聚合物材料或導電複合材料中的至少 一種。
37. 如權利要求26所述的方法，其中所述納米顆粒包括Si02、Hf02、 Zr02、 A1203、 Sn〇2、 Ta205、 Nb205、 Mo〇2、 Ir02、 Ru02、亞穩氧氮化 物、非化學計量的金屬氧化物、氧氮化物、或者包括碳鏈或包括碳的其 書f生物、或其混合物中的至少一種。
38. 如權利要求26所述的方法，其中所述納米顆粒包括至少一個 Si-0基團、至少一個極性基團和至少一個含有飽和或不飽和碳鏈的基 團。
39. 如權利要求26所述的方法，其中所述納米顆粒包括極性基團， 所述極性基團包括羥基、卣化物、羧基、酮或醛官能團中的至少一種。
40. 如權利要求26所述的方法，其中所述第二塗層材料還包括Au、 Ag、 Ru、 Rh、 Pd、 Re、 0s、 Ir、 Pt、稀土金屬、它們的合金、聚合碳或 石墨。
41. 如權利要求26所述的方法，其中所述納米顆粒的每一個都包 括Si-O基團和Si-R基團，其中R包括飽和或不飽和碳鏈，並且其中Si-R 基團對Si-O基團的摩爾比為1/8至1/2。
42. 如權利要求26所述的方法，其中所述第二塗層材料包括源自 矽氧烷的材料。
43. 如權利要求26所述的方法，其中所述納米顆粒源自具有以下 式的材料formula see original document page 5 其中Ri、 R2、 R3、 R4、 Rs和R6各自可以為H、 O、 CI或具有1-4個石友 原子的飽和或不飽和碳鏈，並且其中R2、 R3、 R4、 R5和R6可以相 同或不同，並且R,、 R2、 R3、 R4、 R5或R6中的至少一個為具有至少一 個碳原子的碳鏈。
44. 如權利要求26所述的方法，其中所述施加第二塗層包括將所 述燃料電池部件浸沒在包括所述納米顆粒和分散劑的浴中。
45. 如權利要求44所述的方法，還包括從所述浴中取出所述燃料 電池部件並乾燥第二塗層。
46. 如權利要求45所述的方法，還包括重複所述浸沒、從所述浴 中取出所述燃料電池部件和所述乾燥，以在所迷燃料電池部件上產生多 個納米顆粒層，其中所述多個層合計至少lOOnm厚。
47. 如權利要求45所述的方法，其中所述納米顆粒包括矽，並還 包括重複所述浸沒、從所述浴中取出所述燃料電池部件和所述乾燥以在 所述燃料電池部件上產生多個納米顆粒層，其中所述多個層合計具有至 少1.5原子重量％矽。
48. 如權利要求44所述的方法，其中所迷納米顆粒的存在量為所 述浴的0.2-5wt%。
49. 如權利要求l所述的方法，其中所述納米顆粒的存在量為所述 浴的0.2-5wt%。
50. 如權利要求19所述的方法，其中所迷納米顆粒的存在量為所 述浴的0.2-5wt%。
51. 如權利要求22所述的方法，其中所述納米顆粒的存在量為所 述分散體的0.2-5wt%。
全文摘要
一種使用包括納米顆粒的塗層溶液塗覆燃料電池部件的方法。
文檔編號H01M8/10GK101378845SQ200680053041
公開日2009年3月4日 申請日期2006年12月11日 優先權日2005年12月19日
發明者A·安傑羅普洛斯, S·L·彼得斯 申請人:通用汽車環球科技運作公司