[发明专利]用于燃料电池的金属隔板和处理该金属隔板的表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃料电池的金属隔板，其具有高导电性和耐电化学腐蚀性，并且还涉及处理该金属隔板的表面的方法。

背景技术

典型地，用于燃料电池堆的隔板的作用是将氢和空气或氧供应至阳极或阴极，支撑膜电极组件(MEA)和气体扩散层(GDL)，将在阳极处生成的电子传输至阴极，并且去除由于生成电而产生的热和水。

隔板应该满足某些要求。例如，其应该具有优异的导电性和导热性、优异的化学性质和较低的氢透过性。一种提出的隔板是金属隔板。典型地，金属隔板通过将金属合金加工成金属片或金属泡沫的形式，并且用钯(Pd)、金(Au)、氮化铬(CrN)、氮化钛(TiN)涂敷的金属等处理金属合金的表面而制造。

然而，金属隔板的问题是金属离子可以由于电化学腐蚀作用而释放。释放的金属离子污染MEA，从而降低离子传导率，并且导致GDL中形成氧化物，从而阻止气体穿透电极，因此降低燃料电池的性能。此外，在金属隔板的表面上可能形成非导电性钝化膜，从而增加隔板与GDL之间的接触电阻，其可负面地影响燃料电池的性能。

一种提出的方法是处理金属隔板的表面以确保高的耐腐蚀性并且防止氧化膜形成。一种典型使用的表面处理方法是使表面氮化(使用Cr-TiN或CrN)。然而，氮化方法仍然不能提供满意的耐久性。

在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，并且因此其可能含有不形成在本国为本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种用于燃料电池的金属隔板，该金属隔板包括在隔板基体的表面上形成的无定形碳膜，该无定形碳膜通过热处理被碳化以增加sp²的比例，使得该无定形碳膜具有导电性。

在另一个方面，本发明提供一种处理用于燃料电池的金属隔板的表面的方法，该方法包括：在隔板基体的表面上形成无定形碳膜；以及通过热处理使该无定形碳膜碳化以增加sp²的比例，从而使该无定形碳膜具有导电性。

要理解的是本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种艇和船的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢燃料车和其他代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

以下讨论本发明的上述和其他方面和特征。

附图说明

现在将参考由附图所图示的某些示例性实施方式来详细说明本发明的上述和其他方面和特征，下面这些实施方式仅用于举例说明，并因此不是对本发明的限制，并且其中：

图1是图示根据本发明示例性的实施方式的用于燃料电池的金属隔板的表面处理方法的流程图。

图2是显示根据本发明示例性的实施方式的热处理后所发生的无定形碳膜的碳键合结构的变化的图。

图3是显示典型的隔板的示意图。

图4是显示根据本发明的实施例的金属隔板样品的界面接触电阻的测量的图。

图5显示经受本发明的表面处理方法的金属隔板的表面的图像。

应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是在一定程度上代表用于说明本发明的基本原理的各种优选特征的简化表示。本文所公开的本发明的具体设计特征包括，例如特定尺寸、方向、位置和形状，将部分取决于具体的既定用途和使用环境。

在附图中，涉及相同或等效的本发明的部分的附图标记贯穿附图的各个图。

具体实施方式

以下将参照本发明的各个实施方式进行详细说明，其实例在附图中显示且在以下说明。尽管本发明将结合示例性的实施方式进行说明，可以理解本说明书不意在将本发明限制为那些示例性的实施方式。相反，本发明意在不仅涵盖示例性的实施方式，还涵盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围中的各种替换形式、变更、等价形式和其他实施方式。

如本领域所公知，碳是地球上最丰富的元素之一，并且起到确定有机物质和无机物质的界限的作用。碳属于元素周期表中的第4族，并且是一种其内壳中没有电子的独特元素。此外，碳显示与属于同族的硅(Si)、锗(Ge)等非常不同的特性。