[发明专利]用于燃料电池的双极板以及生产方法

权利要求书

1.一种用于电化学电池、特别是用于质子交换膜(PEM)燃料电池的双极板，所述双极板由金属基板(1)制成，并在表面上具有电接触电阻减少的碳基层、层系统或边界层(3、4、5)，所述碳基层、层系统或边界层由具有50％至100％碳分数的近表面主要为sp2键合的碳基层构成，将所述碳基层、层系统或边界层施加在相对于起始材料改性的金属基板表面上，以及

所述基板(1)的表面区域作为边缘层(6)存在，通过渗氮和/或渗碳所述边缘层用氮化物和/或碳而制成，

和/或

所述金属基板(1)在与所述电化学电池内的气体可渗透元件(2)触碰式接触的表面上具有由相应表面中的隆起部和/或凹陷部构成的结构模式，其中，所述基板(1)表面上的各个隆起部和/或凹陷部具有如下尺寸和几何设计：使得在存在有凹陷部、并且纤维(2.1)与所述基板(1)表面彼此触碰的基板(1)表面区域中，以织物结构构成所述气体可渗透元件(2)所使用的纤维(2.1)以其外侧表面的至少10％与其外周触碰式接触。

2.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，在所述基板(1)的表面上形成厚度为2nm至200nm的促进粘附并减少腐蚀的铬层或钛层(7)或富含铬和/或镍的促进粘附的层(8)作为碳基层、层系统或边界层(3，4，5)下方的夹层。

3.如权利要求1或2所述的双极板，其特征在于，所述碳基层或所述富含碳的层(3，4，5)在由不锈钢构成的基板(1)的表面上的富含铬和/或富含镍的边缘层(7，8)上形成。

4.如前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，在所述碳基层或所述富含碳的层(3，4，5)与所述基板(1)表面之间形成具有碳梯度的过渡区。

5.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述基板(1)表面中的凹陷部以相同的方向以及相邻凹陷部间的恒定距离形成。

6.用于制造如前述权利要求中任一项所述的双极板的方法，其特征在于，

凭借等离子体用石墨的碳基层、层系统或边界层(3，4，5)对所述相应的基板(1)表面进行真空涂覆，

以及

在与气体可渗透元件(2)接触的基板(1)表面提供如下结构模式，所述结构模式与电化学电池中的气体可渗透元件(2)触碰式接触，并且所述结构模式由该表面上的隆起部和/或凹陷部构成，并且通过材料的侵蚀和/或通过压印方法形成，

以及，凭借等离子体用石墨的碳基层、层系统或边界层(3，4，5)对所述相应的基板(1)表面进行真空涂覆，用一层布置在另一层上的多个原子层形成所述石墨的碳基层、层系统或边界层，优选用一层布置在另一层上的多个原子层以完全封闭形成所述石墨的碳基层、层系统或边界层，所述等离子体优选以电弧放电生成，

和/或

在维持适用于该目的的气氛下，通过渗氮法、渗碳法或碳氮共渗方法，凭借等离子体在所述相应的基板(1)表面上形成边缘层(6)。

7.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，在碳氮共渗的情况下，首先对所述边缘层(6)进行渗氮，随后进行渗碳。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，凭借等离子体用石墨的碳基层、层系统或边界层(3，4，5)对所述相应的基板(1)表面进行真空涂覆，用一层布置在另一层上的多个原子层以完全封闭形成所述石墨的碳基层、层系统或边界层，所述等离子体优选以电弧放电生成。

9.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，在施加石墨的碳基层、层系统或边界层(3，4，5)之前或者在形成边缘层(6)之前，至少部分地移除或还原存在于所述基板(1)表面上的氧化物层；其中，

凭借在氩或氮中的蚀刻操作进行所述移除，或者在含氢气氛中使所述氧化物还原。

10.如前述2项权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在施加所述石墨的碳基层、层系统或边界层(3，4，5)之前，凭借真空下的电弧放电操作在所述基板表面上形成铬或钛的粘附促进剂层(7)或由铬和钛构成的层。