[发明专利]用于沉积金属粘合、疏水且导电的涂层的方法

说明书

用于在基材上沉积金属粘合、疏水且导电的涂层的方法，所述基材至少其表面至少部分是金属性的，所述涂层基于导电微粒并基于包含至少一种热塑性含氟聚合物P1和热固性树脂P2的聚合物基质P，所述方法包括至少以下步骤：‑在第一容器中，将聚合物P1溶解在该聚合物的称为第一溶剂的有机溶剂中；‑在第二容器中，将导电微粒分散在聚合物P1的称为第二溶剂的有机溶剂中，所述第二溶剂与第一溶剂相同或不同；‑在第一容器中加入处于液态的热固性树脂P2；‑混合第一容器和第二容器中的内容物，然后将由此获得的混合物沉积在基材上；‑将树脂P2进行交联并除去溶剂，以获得目标最终涂层。本发明的方法有利地用于将这种涂层施加至用于燃料电池的由钢制成(特别是由不锈钢制成)的双极板上。

1.技术领域

本发明的领域是特别用作金属粘合、疏水且导电的涂层的固体组合物的领域。

本发明更具体地涉及用于在至少部分金属基材上，特别是在用于具有离子交换聚合物膜(称为“PEM”(对于质子交换膜))的燃料电池的钢双极板上沉积这种组合物(有时也称为“涂料”)的方法。

2.背景技术

首先要回顾的是，PEM燃料电池由串联电连接的单个电化学电池的堆叠组成，并且每个电池都产生一定的电压，一般在0.3和1.1伏之间。因此，由电池产生的总电压等于单个电压的总和，例如目标应用于运输领域的燃料电池的总电压大约几百伏。

各个电化学电池通常由五层的叠加而组成：聚合物薄膜，其一个区域形成离子交换膜，两个电极，其包含发生电化学反应所必需的化学元素(例如铂)，和两个气体扩散层(GDL)，其能够确保在离子交换膜的整个表面上使用的气体均匀扩散。

气体的供应通过一般称为“双极板”的板来确保，因为它们与一个电池的阳极和相邻电池的阴极相接触。

这些双极板执行两个非常不同的功能。已知有必要向燃料电池供应燃料气体和氧化剂气体，即供应氢气和空气或纯氧气，并且还需要冷却燃料电池，即将诸如水的冷却剂流体通过燃料电池。双极板的功能之一是能够传送操作燃料电池所需的这些不同流体。而且，双极板还执行电功能：确保每个相邻电化学电池的阳极和阴极之间的导电。

这些不同的功能(输送流体和导电)，提供了用于生产这些双极板的材料必须符合的规格。所使用的材料必须具有非常高的导电性，它们还必须对所使用的流体不泄露并且对这些流体显示出非常高的化学稳定性。

此外，双极板必须具有足够的机械特性以允许大量的单个电化学电池和相关联的双极板的叠加并且通过使用连接杆在端板之间压缩而将组件保持在一起。因此它们必须具有足够的机械特性来承受这种压缩。

通常使用石墨，因为这种材料既提供高导电性，又对使用的流体具有化学惰性。例如，专利申请WO 2005/006472示出了这种双极板的可能实施方案。可以看出，它们是由两个相对刚性的石墨板叠加而成的，其中插入了由石墨材料制成的相对柔韧性的片材，以适应不同层的厚度公差。石墨板包括分配燃料气体和氧化气体所必需的通道网状组织，以及允许诸如水的冷却剂流体通过每个双极板的通道网状组织。不幸的是，涉及构造石墨双极板的刚性元件相当易碎，特别是在组装电池时的处理过程中。之前提到的由柔韧性石墨材料制成的层也极其特别难以在工业规模上处理。这全部显著不利地影响制造这种双极板的成本。

钢双极板，特别是由不锈钢制成或覆盖有不锈钢的双极板对于这种类型的应用也是已知的。虽然它们肯定比石墨板机械坚固得多，但是它们必须覆盖有保护金属免受腐蚀的保护涂层，所述保护涂层能够粘附至金属上，同时提供足够的导电性，这使得这种涂层的制剂以及用于沉积它们的方法特别复杂。

例如在专利文献US 6 372 376、US 6 379 476、US 6 537 359、US 7 365 121、US7 910 262、WO 02/13300中描述了这种双极板和/或其保护涂层和/或用于沉积涂层的方法。