[发明专利]具有耐用导体和亲水涂层的燃料电池组件

说明书

本申请是申请号为200610160508.3母案的分案申请。该母案的申请日为2006年10月20日；发明名称为“具有耐用导体和亲水涂层的燃料电池组件”。

相关申请的交叉参考

本申请要求2005年10月21日提交的美国临时申请No.60/728962的权益。

技术领域

本公开通常涉及包括燃料电池组件，且尤其涉及具有电保护导体和亲水涂层的燃料电池组件的领域。

背景技术

使用涂覆和/或没有涂覆的金属双极板是可行的方式，因为本质很薄的金属基底允许减轻重量的情况下设计更小的堆叠体。同时，能够在金属中简易的冲压流场是金属设计非常有利的特征。同时从成本角度考虑，金属双极板也是相对便宜的。

在燃料电池工作过程中金属双极板遭受腐蚀，主要是因为释放作为膜降解产物的氟化物离子，其使得金属板实施困难。阳极板金属分解导致释放Fe、Cr和Ni离子，其削弱了膜的质子传导性且能够促进其化学降解。阴极板上覆盖有氧化物膜，其导致用于给MEA上催化剂层分布反应性气体的气体扩散介质具有高电接触电阻。对上述腐蚀和电接触电阻的抑制在燃料电池运行中很重要。

通常用于保护涂层的非稀有抗腐蚀材料是Ti、Ta、Nb、Cr等。由于在它们表面上存在惰性保护层，所以这些金属保持抗腐蚀，然而，这些惰性氧化物通常是非导电氧化物膜，其通常对气体扩散介质具有高电接触电阻。而且，在燃料电池特殊运行条件下一些材料遭受严重的腐蚀。稀有贵金属涂层是可行的方案，但是这种涂层非常昂贵。

期望的是金属双极板材料在双极板/水边界具有低的水接触角。然而，在贵金属/水界面的水接触角不足够小(例如，⊙_Pt^水～70°，⊙_Au^水～40°等)。期望发现用于车辆的合适燃料电池的非贵重抗腐蚀和高导电双极板涂层。在U.S.专利No.5624769中公开了作为这样一种抗腐蚀板的钛氮化物涂层。尽管，钛氮化物在燃料电池工作条件下是成本低、稳定的材料，同时也是导电的，但因为其膜是多孔的并因此渗透腐蚀剂，所以不会给双极板材料提供满意的保护。同时，该涂层显示相对高的水亲和力，接触角接近60°。

发明内容

本发明的一个实施方案包括在其上具有涂层的燃料电池组件，该涂层包含IVb和Vb族元素的二元、三元氮化物和氧氮化物。在一个实施方案中燃料电池组件是双极板。

本发明其它实施方案包括在其上具有涂层的燃料电池组件，该涂层包含TiZrN、NbTiN和TaZrN以及包含NbTiO_xN_y、TiZrO_xN_y和TaZrO_xN_y的氧氮化物，其中0.001≤x≤1和0.1≤y≤2。

通过下文中的描述本发明的其它典型实施方案将体现的更加明显。应该理解，本发明典型实施方案中公开的细节描述和具体实施例仅是用于说明目的并且不打算限制本发明的范围。

附图说明

从下面的细节描述和随后的附图能够更充分的理解本发明典型实施方案。

图1是在Ti氧氮化物涂层和其它涂层上测量的电接触电阻的曲线比较。

图2是钛氮化物中接触角和氧浓度的变化。

图3是示出掺杂钛氧氮化物NbTiO₂:NbTiN形态的SEM图。

图4是示出掺杂钛氧氮化物NbTiO₂:NbTiN的形态的高倍率放大SEM图。

图5是在其上具有根据本发明一个实施方案的涂层的燃料电池组件的截面图。

图6是在其上具有根据本发明一个实施方案的涂层的燃料电池组件的截面图。

具体实施方式

以下实施方案的描述本质上仅仅是示例性的并不打算限定本发明、其实施或使用。