[發(fā)明專利]特別用作燃料電池雙極板涂料的金屬粘合、疏水且導電的涂層

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680060472.3
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN108137955B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設計）人: M·費杜科;A·德爾菲諾;D·洛索默爾
• 申請（專利權）人: 米其林集團總公司
• 主分類號: C09D5/24
• 分類號: C09D5/24;C09D127/16;C09D163/10;H01M8/0228;C08K3/04
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;周玉梅

在任何類型的金屬基材上特別用作金屬粘合、疏水且導電的涂層的固體組合物，所述組合物包含至少(組合物的重量％)：?75％至95％的重均尺寸在1μm和100μm之間的導電微粒作為導電填料；?5％至25％的由“P”表示的包含至少2種不同聚合物的聚合物基質(zhì)作為金屬粘合和疏水的聚合物基質(zhì)：a)P1：熱塑性含氟聚合物，其由“Mw”表示的重均分子量在100000和1000000g/mol之間；b)P2：熱固性樹脂，其玻璃化轉變溫度在30℃和150℃之間。用于燃料電池的由鋼制成，特別是由不銹鋼制成的雙極板涂覆有這種組合物。

1.技術領域

本發(fā)明的領域是特別用作疏水、導電、金屬粘合的涂層的固體組合物的領域。

本發(fā)明更具體地涉及這種組合物(有時也稱為“涂料”)在至少部分金屬基材上，特別是用于具有離子交換聚合物膜(稱為“PEM”，即，質(zhì)子交換膜)的燃料電池的鋼雙極板上的用途。

2.背景技術

首先要回顧的是，PEM燃料電池由串聯(lián)電連接的單個電化學電池的堆疊組成，并且每個電池都產(chǎn)生一定的電壓，一般在0.3和1.1伏之間。因此，由堆疊產(chǎn)生的總電壓等于單個電壓的總和，例如目標應用于運輸領域的燃料電池的總電壓大約幾百伏。

各個電化學電池通常由五層的疊加而組成：聚合物薄膜，其一個區(qū)域形成離子交換膜，兩個電極，其包含發(fā)生電化學反應所必需的化學元素(例如鉑)，和兩個氣體擴散層(GDL)，其能夠確保在離子交換膜的整個表面上使用的氣體均勻擴散。

氣體的供應通過一般稱為“雙極板”的板來確保，因為它們與一個電池的陽極和相鄰電池的陰極相接觸。

這些雙極板執(zhí)行兩個非常不同的功能。已知有必要向燃料電池供應燃料氣體和氧化劑氣體，即供應氫氣和空氣或純氧氣，并且還需要冷卻燃料電池，即將諸如水的冷卻劑流體通過燃料電池。雙極板的功能之一是能夠輸送操作燃料電池所需的這些不同流體。而且，雙極板還執(zhí)行電功能：確保每個相鄰電化學電池的陽極和陰極之間的導電。

這些不同的功能(輸送流體和導電)，提供了用于生產(chǎn)這些雙極板的材料必須符合的規(guī)格。所使用的材料必須具有非常高的導電性，它們還必須對所使用的流體不泄露并且對這些流體顯示出非常高的化學穩(wěn)定性。

此外，雙極板必須具有足夠的機械特性以允許大量的單個電化學電池和相關聯(lián)的雙極板的疊加并且通過使用連接桿在端板之間壓縮而將組件保持在一起。因此它們必須具有足夠的機械特性來承受這種壓縮。

通常使用石墨，因為這種材料既提供高導電性，又對所用的流體具有化學惰性。例如，專利申請WO 2005/006472示出了這種雙極板的可能實施方案。可以看出，它們是由兩個相對剛性的石墨板疊加而成的，其中插入了由石墨材料制成的相對柔韌性的膜，以適應不同層的厚度公差。石墨板包括分配燃料氣體和氧化劑氣體所必需的通道網(wǎng)狀組織，以及允許諸如水的冷卻劑流體通過每個雙極板的通道網(wǎng)狀組織。不幸的是，涉及構造石墨雙極板的剛性元件相當易碎，特別是在組裝電池時的處理過程中。之前提到的由柔韌性石墨材料制成的層也特別難以在工業(yè)規(guī)模上處理。這全部顯著不利地影響制造這種雙極板的成本。

鋼雙極板，特別是由不銹鋼制成或覆蓋有不銹鋼的雙極板對于這種類型的應用也是已知的。雖然它們肯定比石墨板機械堅固得多，但是它們必須覆蓋有保護金屬免受腐蝕的保護涂層，所述保護涂層能夠粘附至金屬上，同時提供足夠的導電性，這使得這種涂層的制劑特別復雜。

例如在專利文獻US 6 372 376、US 6 379 476、US 6 537 359、US 7 365 121、US7 910 262、WO 02/13300中描述了這種雙極板和/或其保護涂層。

本發(fā)明的主題是提出一種特別是作為雙極板的保護涂層而符合上述要求的新型固體組合物，其不僅有利地給該涂層提供柔軟性和柔韌性，而且還特別提供有利的自密封性能，最終使其具有改進的耐久性。

3.發(fā)明內(nèi)容