DE102008050020A1

DE102008050020A1 - Stabile hydrophile Beschichtung für Brennstoffzellenkollektorplatten

Info

Publication number: DE102008050020A1
Application number: DE102008050020A
Authority: DE
Inventors: Mahmoud H. Grosse Pointe Woods Abd Elhamid; Youssef M. Sterling Heights Mikhail; Gayatri Vyas Rochester Hills Dadheech; Curtis A. Macomb Township Wong
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2009-04-30
Also published as: US20090092874A1; CN101404336A

Abstract

Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Produkt, das eine Brennstoffzellenkomponente umfasst, die eine Beschichtung darauf aufweist, wobei die Beschichtung Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder Titan enthaltende Verbindungen, die davon abgeleitet sind, umfassen.

Description

Technisches Gebiet
Das Gebiet, auf das sich die Offenlegung allgemein bezieht, umfasst Brennstoffzellenkomponenten mit einer Beschichtung darauf, Brennstoffzellenkollektorplatten, Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Herstellen und Verwenden derselben.
Hintergrund
Die Oberflächen, die ein Reaktandengas-Strömungsfeld einer bipolaren Brennstoffzellenplatte definieren, wurden mit Materialien beschichtet, um hydrophile oder hydrophobe Oberflächen herzustellen.
Zusammenfassung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Produkt, das eine Brennstoffzellenkomponente mit einer Beschichtung darauf aufweist, wobei die Beschichtung Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder Titan enthaltende Verbindungen, die davon abgeleitet sind, umfassen.
Weitere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der hierin nachfolgend bereitgestellten detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sollte einzusehen sein, dass die detaillierte Beschreibung und spezielle Beispiele, während sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbaren, nur Illustrationszwecken dienen sollen und den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
1A–C sind FESEM-Bilder einer Beschichtung von Titanoxid-Nanopartikeln auf einem rostfreien 304 L-Substrat gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2A–B sind Fotomikrographien eines Querschnitts einer Probe, die die Dicke des Titanoxidfilmes, so wie aufgetragen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen.
3 veranschaulicht einen Abschnitt eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform/en ist lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen in keiner Weise einschränken.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Brennstoffzellenkomponente, wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf eine bipolare Brennstoffzellenplatte mit einem darin gebildeten Reaktandengas-Strömungsfeld, wie hierein nachfolgend beschrieben, die eine hydrophile Beschichtung umfasst, die die Oberfläche vollständig bedecken kann oder selektiv auf Abschnitten der bipolaren Platte aufgebracht sein kann. Die Beschichtung kann Nanopartikel umfassen, die Titanoxid oder eine Titan enthaltende Verbindung, die davon abgeleitet ist, umfassen. Das Titanoxid kann mit vielen verschiedenen von einem oder mehreren Elementen wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf Stickstoff, Ruthenium, Tantal, Niob, Mangan, Kobalt und verschiedenen Metalloxiden dotiert sein. Das Dotierelement kann derart gewählt sein, um die Haltbarkeit oder die hydrophilen Eigenschaften der Beschichtung zu verbessern, die Beschichtung elektrisch leitfähig zu machen, oder, je nach Wunsch, andere Eigenschaften vorzusehen. In einer Ausführungsform sind die Kanäle nur der bipolaren Platte mit den Titanoxid umfassenden Nanopartikeln beschichtet. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Beschichtung TiO_xN_y-1, wobei in einer Ausführungsform x im Bereich von 1–3 und y im Bereich von 1–5 liegen kann. Die Titanoxid-Nanopartikel sind weit stabiler als Beschichtungen auf Siliziumdioxidbasis und ihre Mikrostruktur wird für besser geeignet für das Wassermanagement auf bipolaren Platten oder anderen Brennstoffzellenkomponenten gehalten als das übliche Siliziumdioxid. In einer Ausführungsform besitzen im Wesentlichen alle Nanopartikel eine Größe im Bereich von 10 bis etwa 50 nm.
Es wurden Experimente durchgeführt, in denen eine 10%ige Suspension von Titanoxid-Nanopartikeln in Wasser verwendet wurde, um flache Prüfkörper aus rostfreiem Stahl 304 L zu beschichten. Vor dem Aufbringen der Beschichtungen wurden die SS-Substrate gereinigt, wobei der Bereich mit Azeton abgewischt wurde, gefolgt von einem Abwischen des Substrats mit Methanol. Während dies geschieht, sind die SS-Substrate einer Atmosphärenplasma-Reinigungsmaschine ausgesetzt. Die an die Plasmaquelle angelegte/n Stromstärke und Spannungen liegen im Bereich von 2,5 bis 3 A, bei einem Potential von 130–150 V. Eine Düse mit einem Durchmesser von 2 mm wird in einem Abstand von 1 bis 5 cm verwendet. Die Plasmadüse ist robotergesteuert und kann derart programmiert sein, um eine gleichmäßige Plasmareinigung über den gesamten Bereich des Substrats zu erhalten. Der Substratvorbereitungsprozess führt zu einem SS-Substrat, das frei von jedem/r Rückstand oder Verunreinigung ist.
Die Beschichtung wurde dann auf die Prüfkörper aufgebracht, indem die Oberfläche des rostfreien Stahles mithilfe eines Pinsels mit der Titanoxidsuspension bestrichen wurde. Die Beschichtung wurde dann eine Minute lang mithilfe eines Lufttrockners getrocknet. Es wurde festgestellt, dass die Aufbringung dieser Beschichtungen sehr gleichmäßig wird, wenn die Oberfläche gut vorbereitet ist.
Die Beschichtungen können auch durch ein anderes Beschichtungsverfahren wie z. B. Sprühen, Eintauchen, Rakeln oder Elektrophorese aufgebracht werden. In einer Ausführungsform können die Beschichtungen nach einer Verzögerungszeit von 2–5 Minuten nach dem Plasmareinigungsschritt mit einer Reihe von Mikrostrahlen besprüht werden, die die gesamte Länge des Substrats bedecken und von einem Roboter gesteuert sind.
Ein stabiler Wasserkontaktwinkel von weniger als 10° wurde auf der beschichteten Probe gemessen, der über die Dauer der Exposition gegenüber der offenen Umgebung auf dem Labortisch konstant blieb. Eine weitere Probe wurde in Wasser getaucht stehen gelassen, um die Stabilität der Beschichtung auf dem Substrat aus rostfreiem Stahl zu prüfen, und nach einer Woche konnte keine wesentliche Änderung der Hydrophilie oder Topographie der Beschichtung beobachtet werden. Die Überprüfung einzelner Brennstoffzellen und Stapel mithilfe dieser Beschichtung auf bipolaren Platten aus rostfreiem Stahl zeigte keinerlei Zeichen von Problemen bezüglich des Wassermanagements, die normalerweise zu beobachten sind, wenn die bipolaren Platten nicht mit hydrophilen Beschichtungen beschichtet sind. Des Weiteren sind in den 1A–C SEM-Bilder der Pro be aus rostfreiem Stahl, so wie beschichtet, gezeigt. Wie in den 1A–C zu sehen ist, lag diese Titanoxid-Partikelgröße in einer Ausführungsform zwischen 10–50 nm, was vermutlich ein Faktor ist, der zu der erhöhten Hydrophilie der beschichteten Oberfläche beiträgt. In einer Ausführungsform der Erfindung besitzen im Wesentlichen alle Partikel in der Beschichtung eine Größe im Bereich von etwa 10 bis etwa 50 nm. In einer Ausführungsform kann die Beschichtung eine Dicke im Bereich von etwa 3–5 Mikrometer auf einer Oberfläche aus rostfreiem Stahl aufweisen, wie in den 2A–B gezeigt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Dicke der Beschichtung 11 im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 10 Mikrometer liegen. Diese Dicke ist von Vorteil, auch wenn eine Auflösung in einer HF-Umgebung auftritt, die durch einen Abbau von Polyelektrolytmembranen erzeugt wird, welche in der Brennstoffzelle verwendet werden. In einem weiteren Versuch wurde eine Beschichtung mit Nanopartikeln aus Titanoxid auf einem Prüfkörper aus rostfreiem Stahl mit einem darin ausgebildeten Strömungsfeld aufgebracht, und eine Dochtwirkungslänge von 100% wurde auf den Kanälen des Strömungsfeldes des Prüfkörpers beobachtet, was die ausgezeichnete Hydrophilie der Beschichtung demonstriert.
Nanopartikel, die Titanoxid oder Derivate davon umfassen, können durch eine Vielfalt von Prozessen erzeugt werden, die einen Sol-Gel-Prozess, Pyrohydrolyse, Solvothermale, Partikel-ALD- oder -CVD- oder plasmaverstärkte CVD-Prozesse umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Zum Beispiel können Titanoxid-Nanopartikel mittels ALD erzeugt werden, wobei ein Vorläufer von Titantetrachlorid verwendet wird, um Monoschichten des Titanoxids auf dem zu beschichtenden Substrat aufzubringen. Eine kontinuierliche Aufbringung bringt eine dickere Beschichtung mit einer Partikelgröße im Nanometerbereich mit sich. Alternativ sind Titan-Nanopartikel und Derivate davon von vielen verschiedenen Lieferanten erhältlich, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf eine 10 Gew.-%-Titanoxidsuspension von Aldrich, „Katalognummer 643017". Alternativ wurde eine Suspension von 4 Gew.-% Titanoxid-Nanopartikel, Aldrich „Katalognummer 637262" in Ethanol hergestellt, indem die Titan-Nanopartikel in der Ethanollösung gemischt wurden und das Gemisch danach 5 Minuten lang mit Ultraschall behandelt wurde. Die mit diesem Verfahren hergestellte homogene Lösung wurde verwendet, um ein Substrat aus rostfreiem Stahl durch Eintauchen der Probe in der Suspension und anschließendes Trocknen der Schicht in Luft oder unter Verwendung eines Lufttrockners zu beschichten. Die Dicke der Schicht kann durch den Streich- oder den Eintauchprozess derart angepasst werden, um einen dünnen oder dicken Film aus den Nanopartikeln auf der Oberfläche aus rostfreiem Stahl herzustellen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 umfasst eine Ausführungsform der Erfindung ein Produkt 10, das eine Brennstoffzelle 12 umfasst. Die Brennstoffzelle 12 kann eine erste bipolare Brennstoffzellenplatte 14 umfassen, die eine erste Fläche 16 mit einem durch eine Vielzahl von Stegen 18 und Kanälen 20 darin definierten Reaktandengas-Strömungsfeld umfasst. Das Reaktandengas-Strömungsfeld kann einen Brennstoff auf einer Seite der bipolaren Platte und ein Oxidationsmittel auf der anderen Seite der bipolaren Platte liefern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die gesamte Oberfläche, die die Stege 18 und die Kanäle 20 umfasst, mit einer Beschichtung 11 beschichtet sein, die Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder Derivate davon umfassen. Die Brennstoffzelle 12 kann auch eine zweite bipolare Brennstoffzellenplatte 22 umfassen, die eine erste Fläche 24 mit einem durch eine Vielzahl von Stegen 26 und Kanälen 28 darin definierten Reaktandengas-Strömungsfeld umfasst. Die Stege 18 oder 16 und die Kanäle 20 oder 28 können in der bipolaren Platte 14 oder 22 durch spanende Bearbeitung, Ätzen, Prägen bzw. Stanzen, Pressen oder dergleichen gebildet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Beschichtung 11, die Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder Derivate davon umfassen, selektiv auf Abschnitten der bipolaren Platte 22, z. B. nur auf der Oberfläche aufgebracht, die den in der bipolaren Platte 22 ausgebildeten Kanal 28 definiert.
Ein weicher Abschnitt 30 kann zwischen der ersten bipolaren Brennstoffzellenplatte 14 und der zweiten bipolaren Brennstoffzellenplatte 22 vorgesehen sein. Die erste bipolare Brennstoffzellenplatte 14 und die zweite bipolare Brennstoffzellenplatte 22 können viele verschiedene Materialien umfassen, die ein Metall, eine Metalllegierung und/oder einen elektrisch leitfähigen Verbundwerkstoff umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. In einer Ausführungsform der Erfindung können die erste bipolare Brennstoffzellenplatte 14 und die zweite bipolare Brennstoffzellenplatte 22 aus rostfreiem Stahl bestehen.
Der weiche Abschnitt 30 kann eine Polymerelektrolytmembran 32 umfassen, die eine erste Fläche 34 und eine zweite Fläche 36 aufweist. Eine Kathodenelektrode kann über der ersten Fläche 34 der Polymerelektrolytmembran 32 liegen. Eine erste Gasdiffusionsmedienschicht 40 kann über der Kathodenelektrode 38 liegen und optional kann eine erste mikroporöse Schicht 42 zwischen der ersten Gasdiffusionsmedienschicht 40 und der Kathodenelektrode 38 angeordnet sein. Die erste Gasdiffusionsmedienschicht 40 kann hydrophob sein. Die erste bipolare Platte 14 kann über der ersten Gasdiffusionsmediumschicht 40 liegen. Falls gewünscht, kann eine hydrophobe Schicht (nicht gezeigt) zwischen der ersten bipolaren Brennstoffzellenplatte 14 und der ersten Gasdiffusionsmediumschicht 40 angeordnet sein.
Eine Anodenelektrode 46 kann unter der zweiten Fläche 36 der Polymerelektrolytmembran 32 liegen. Eine zweite Gasdiffusionsmediumschicht 48 kann unter der Anodenschicht 46 liegen und optional kann eine zweite mikroporöse Schicht 50 zwischen der zweiten Gasdiffusionsmediumschicht 48 und der Anodenelektrode 46 angeordnet sein. Die zweite Gasdiffusionsmediumschicht 48 kann hydrophob sein. Die zweite bipolare Brennstoffzellenplatte 22 kann über der zweiten Gasdiffusionsmedienschicht 48 liegen. Falls gewünscht, kann eine zweite hydrophobe Schicht (nicht gezeigt) zwischen der zweiten bipolaren Brennstoffzellenplatte 22 und der zweiten Gasdiffusionsmediumschicht 48 angeordnet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Polymerelektrolytmembran 32 eine Vielfalt verschiedener Typen von Membranen umfassen. Die Polymerelektrolytmembran 32, die in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nützlich ist, kann ein ionenleitfähiges Material sein. Beispiele geeigneter Membranen sind in den US-Patenten Nr. 4 272 353 und 3 134 689 und in dem Journal of Power Sources, Band 28 (1990), Seite 367–387, offenbart. Solche Membranen sind auch als Ionenaustauscherharz-Membranen bekannt. Die Harze umfassen ionische Gruppen in ihrer Polymerstruktur; wobei eine ionische Komponente hierfür an der Polymermatrix fixiert oder festgehalten ist und zumindest eine weitere ionische Komponente ein mobiles, austauschbares Ion ist, das mit der fixierten Komponente elektrostatisch verbunden ist. Die Fähigkeit des mobilen Ions, unter geeigneten Bedingungen durch andere Ionen ausgetauscht zu werden, verleiht diesen Materialien Ionenaustauschereigenschaften.
Die Ionenaustauscherharze können durch Polymerisieren eines Gemisches aus Inhaltsstoffen, von denen einer einen ionischen Bestandteil enthält, hergestellt werden. Eine große Klasse von protonenleitfähigen Ka tionenaustauscherharzen ist das sogenannte Sulfonsäure-Kationenaustauscherharz. In den Sulfonsäuremembranen sind die Kationenaustauschergruppen Sulfonsäuregruppen, die an dem Polymergerüst angebracht sind.
Das Ausbilden dieser Ionenaustauscherharze zu Membranen oder dünnen Platten ist dem Fachmann gut bekannt. Der bevorzugte Typ ist ein Perfluorsulfonsäurepolymer-Elektrolyt, in dem die gesamte Membranstruktur Ionenaustauschereigenschaften besitzt. Diese Membranen sind im Handel erhältlich und ein typisches Beispiel für eine im Handel erhältliche protonenleitfähige Sulfonperfluorkohlenstoff-Membran wird von E. I. DuPont D Nemours & Company unter dem Handelsnamen NAFION vertrieben. Weitere derartige Membranen sind von Asahi Glass und Asahi Chemical Company erhältlich. Die Verwendung von anderen Arten von Membranen wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf perfluorierte Kationenaustauscher-Membranen, Kationenaustauscher-Membranen auf Kohlenwasserstoffbasis sowie Anionenaustauscher-Membranen liegt ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung.
In einer Ausführungsform kann die erste Gasdiffusionsmediumschicht 40 oder die zweite Gasdiffusionsmediumschicht 48 ein beliebiges elektrisch leitfähiges, poröses Material umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasdiffusionsmediumschicht ein Kohlefaserpapiervlies oder ein Kohlefasergewebe umfassen, das mit einem hydrophoben Material behandelt sein kann, wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf Polymere von Polyvinylidenfluorid (PVDF), Fluorethylenpropylen oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Die Gasdiffusionsmedienschicht kann eine durchschnittliche Porengröße im Bereich von 5–40 Mikrometer aufweisen. Die Gasdiffusionsmediumschicht kann eine Dicke im Bereich von etwa 100 bis etwa 500 Mikrometer aufweisen.
In einer Ausführungsform können die Elektroden (die Kathodenschicht und die Anodenschicht) Katalysatorschichten sein, die Katalysatorpartikel wie z. B. Platin und ein ionenleitfähiges Material wie z. B. ein protonenleitendes Polymer Material umfassen können, das mit den Partikeln vermischt ist. Das protonenleitfähige Material kann ein Ionomer sein, wie z. B. ein perfluoriertes Sulfonsäurepolymer. Die Katalysatormaterialien können Metalle wie Platin, Palladium und Mischungen von Metallen wie z. B. Platin und Molybdän, Platin und Kobalt, Platin und Ruthenium, Platin und Nickel, Platin und Zinn oder Platin-Übergangsmetall-Legierungen und andere Brennstoffzellen-Elektrokatalysatoren umfassen, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind. Falls gewünscht, können die Katalysatormaterialien fein verteilt sein. Die Katalysatormaterialien können nicht gestützt oder auf eine Vielfalt von Materialien wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf fein verteilte Kohlenstoffpartikel gestützt sein.
In einer Ausführungsform können die Kathodenelektrode 38 und die Anodenelektrode 46 Katalysatorschichten sein, die Katalysatorpartikel wie z. B. Platin und ein ionenleitfähiges Material wie z. B. ein protonenleitendes Ionomer umfassen können, das mit den Partikeln vermischt ist. Das protonenleitfähige Material kann ein Ionomer sein, wie z. B. ein perfluoriertes Sulfonsäurepolymer. Die Katalysatormaterialien können Metalle wie Platin, Palladium und Mischungen von Metallen wie z. B. Platin und Molybdän, Platin und Kobalt, Platin und Ruthenium, Platin und Nickel, Platin und Zinn oder Platin-Übergangsmetall-Legierungen und andere Brennstoffzellen-Elektrokatalysatoren umfassen, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind. Falls gewünscht, können die Katalysatormaterialien fein verteilt sein. Die Katalysatormaterialien können nicht gestützt oder auf eine Vielfalt von Materialien wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf fein verteilte Kohlenstoffpartikel gestützt sein.
In einer Ausführungsform kann die erste mikroporöse Schicht 42 oder die zweite mikroporöse Schicht 50 aus Materialien wie z. B. Ruß und hydrophoben Bestandteilen wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polyvinylidenfluorid (PVDF) hergestellt sein und kann eine Dicke im Bereich von etwa 2 bis etwa 10 Mikrometer aufweisen. In einer Ausführungsform kann die mikroporöse Schicht eine Vielzahl von Partikeln umfassen, die z. B. graphitisierten Kohlenstoff umfassen und ein Bindemittel umfassen. In einer Ausführungsform kann das Bindemittel ein hydrophobes Polymer wie z. B, jedoch nicht beschränkt auf Polyvinylidenfluorid (PVDF), Fluorethylenpropylen (FEP), Polytetrafluorethylen (PTFE) oder andere organische oder anorganische hydrophobe Materialien umfassen. Die Partikel und das Bindemittel können in einer flüssigen Phase enthalten sein, die z. B. ein Gemisch aus einem organischen Lösungsmittel und Wasser zur Bereitstellung einer Dispersion sein kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Lösungsmittel zumindest eines von 2-Propanol, 1-Propanol oder Ethanol etc. umfassen. Die Dispersion kann auf ein Brennstoffzellensubstrat wie z. B. eine Gasdiffusionsmediumschicht oder eine hydrophobe Beschichtung über der Gasdiffusionsmediumschicht aufgebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Dispersion auf eine Elektrode aufgebracht werden. Die Dispersion kann getrocknet werden (durch Verdampfen des Lösungsmittels) und die daraus entstehende getrocknete mikroporöse Schicht kann 60–90 Gewichtsprozent Partikel und 10–40 Gewichtsprozent Bindemittel umfassen. In verschiedenen weiteren Ausführungsformen kann das Bindemittel im Bereich von 10–30 Gewichtsprozent der getrockneten mikroporösen Schicht liegen.
Wenn die Begriffe „über", „darüber liegend", „liegt über", oder „unter", „darunter liegend", „liegt unter" unter Bezugnahme auf die relative Position einer ersten Komponente oder Schicht in Bezug auf eine zweite Kom ponente oder Schicht verwendet werden, so soll dies bedeuten, dass die erste Komponente oder Schicht in direktem Kontakt mit der zweiten Komponente oder Schicht steht, oder dass zusätzliche Schichten oder Komponenten zwischen der ersten Komponente oder Schicht und der zweiten Komponente oder Schicht angeordnet sind.
Die obige Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich von beispielhafter Natur und Abwandlungen davon sind daher nicht als Abweichung von dem Geist und Umfang der Erfindung zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4272353 [0021]
- US 3134689 [0021]

Claims

Produkt, das umfasst: eine Brennstoffzellenkomponente, die eine hydrophile Beschichtung über zumindest einem Abschnitt derselben aufweist, wobei die hydrophile Beschichtung Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder Titan enthaltende Verbindungen, die davon abgeleitet sind, umfassen.
Produkt nach Anspruch 1, wobei die Nanopartikel eine Größe im Bereich von 10 bis etwa 50 nm besitzen.
Produkt nach Anspruch 1, wobei im Wesentlichen alle Nanopartikel eine Größe im Bereich von 10 bis etwa 50 nm besitzen.
Produkt nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffzellenkomponente ein Substrat umfasst, das ein Metall umfasst.
Produkt nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffzellenkomponente ein Substrat umfasst, das einen rostfreien Stahl umfasst.
Produkt nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffzellenkomponente eine bipolare Platte umfasst.
Produkt nach Anspruch 6, wobei die bipolare Platte ein Reaktandengas-Strömungsfeld aufweist, das in einer Oberfläche davon durch eine Vielzahl von Stegen und Kanälen definiert ist, und wobei die Beschichtung über den Stegen und Kanälen vorhanden ist.
Produkt nach Anspruch 6, wobei die bipolare Platte ein Reaktandengas-Strömungsfeld aufweist, das in einer Oberfläche davon durch eine Vielzahl von Stegen und Kanälen definiert ist, und wobei die Beschichtung über den Kanälen aber nicht den Stegen vorhanden ist.
Produkt nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung ferner ein Dotiermittel umfasst, um die Beschichtung elektrisch leitfähig zu machen.
Produkt nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung TiO_xN_y-1 umfasst.
Produkt nach Anspruch 6, ferner umfassend eine Gasdiffusionsmedienschicht, die unter der bipolaren Platte liegt.
Produkt nach Anspruch 11, ferner umfassend eine Elektrode, die unter dem Gasdiffusionsmedium liegt.
Produkt nach Anspruch 12, ferner umfassend eine Polymerelektrolytmembran, die unter der Elektrode liegt.
Produkt, das umfasst: eine Polymerelektrolytmembran mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche; eine Kathodenelektrode über der ersten Fläche der Polymerelektrolytmembran; eine erste Gasdiffusionsmedienschicht über der Kathodenelektrode; eine Anodenelektrode über der zweiten Fläche des Polymerelektrolyten; eine zweite Gasdiffusionsmediumschicht über der Anodenelektrode; eine erste bipolare Brennstoffzellenplatte mit einer ersten Fläche und einem Reaktandengas-Strömungsfeld, das in der ersten Fläche definiert ist, wobei das Reaktandengas-Strömungsfeld eine Vielzahl von Stegen und Kanälen umfasst, wobei die erste bipolare Brennstoffzellenplatte eine hydrophile Beschichtung über zumindest einem Abschnitt der ersten Fläche der ersten bipolaren Brennstoffzellenplatte umfasst, wobei die hydrophile Beschichtung Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder Titan enthaltende Verbindungen, die davon abgeleitet sind, umfassen; eine zweite bipolare Brennstoffzellenplatte mit einer ersten Fläche und einem Reaktandengas-Strömungsfeld, das in der ersten Fläche definiert ist, wobei das Reaktandengas-Strömungsfeld eine Vielzahl von Stegen und Kanälen umfasst, wobei die zweite bipolare Brennstoffzellenplatte eine hydrophile Beschichtung über zumindest einem Abschnitt der ersten Fläche der ersten bipolaren Brennstoffzellenplatte umfasst, wobei die hydrophile Beschichtung Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder Titan enthaltende Verbindungen, die davon abgeleitet sind, umfassen.
Produkt nach Anspruch 14, wobei die Beschichtung nur über den Kanälen der ersten und der zweiten bipolaren Platte vorhanden ist.
Produkt nach Anspruch 14, wobei die Nanopartikel eine Größe im Bereich von 10 bis etwa 50 nm besitzen.
Produkt nach Anspruch 14, wobei im Wesentlichen alle Nanopartikel eine Größe im Bereich von 10 bis etwa 50 nm besitzen.
Produkt nach Anspruch 14, wobei die Brennstoffzellenkomponente ein Substrat umfasst, das ein Metall umfasst.
Produkt nach Anspruch 14, wobei die Beschichtung ferner ein Dotiermittel umfasst, um die Beschichtung elektrisch leitfähig zu machen.
Verfahren, welches umfasst, dass: eine bipolare Brennstoffzellenplatte vorgesehen wird, die ein Reaktandengas-Strömungsfeld aufweist, das durch eine Vielzahl von Stegen und Kanälen in einer Oberfläche der bipolaren Platte definiert ist; eine hydrophile Beschichtung auf der gereinigten Oberfläche aufgebracht wird, wobei die hydrophile Beschichtung Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder eine Titan enthaltende Verbindung, die davon abgeleitet ist, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 20, welches ferner umfasst, dass zumindest ein Abschnitt der Oberfläche gereinigt wird, um eine gereinigte Oberfläche für eine anschließende Aufbringung einer hydrophilen Beschichtung vorzusehen, die Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder eine Titan enthaltende Verbindung, die davon abgeleitet ist, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Reinigen umfasst, dass die Oberfläche mit Azeton abgewischt wird und die Oberfläche danach mit Methanol abgewischt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Reinigen ferner umfasst, dass die Oberfläche plasmagereinigt wird, nachdem die Oberfläche mit Methanol abgewischt wurde.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Plasmareinigen das Verwenden eines Atmosphärenplasmas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Aufbringen einer hydrophilen Beschichtung auf der gereinigten Oberfläche zumindest eines von Streichen, Sprühen, Rakeln, Aufbringen durch Elektrophorese eines Beschichtungsgemisches umfasst, welches Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder eine Titan enthaltende Verbindung, die davon abgeleitet ist, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Aufbringen einer hydrophilen Beschichtung auf der gereinigten Oberfläche umfasst, dass robotergesteuerte Mikrostrahlen eines Beschichtungsgemisches von einem Plasmareinigungswerkzeug aufgesprüht werden, wobei die Beschichtung Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder eine Titan enthaltende Verbindung, die davon abgeleitet ist, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 23, welches ferner umfasst, dass die Beschichtung vorgesehen wird, indem Nanopartikel, die Titanoxid umfassen, in ethanolischer Lösung suspendiert werden.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Ethanol in dem Beschichtungsgemisch in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um die Oberflächenspannung des Substrats herabzusetzen, um eine gleichmäßigere Beschichtung auf dem Substrat zuzulassen.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei keine Reinigung der bipolaren Platte vor dem Aufbringen der hydrophilen Beschichtung durchgeführt wird, und wobei das Aufbringen umfasst, dass ein Gemisch auf Ethanolbasis verwendet wird, welches Nanopartikel umfasst, die Titanoxid oder eine Titan enthaltende Verbindung, die davon abgeleitet ist, umfassen.