[發(fā)明專利]用于制造具有耐腐蝕涂層的不銹鋼基底的方法和系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810027164.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN108330451A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·坎帕利;R·J·摩西;B·阿克什曼安
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C23C14/30
• 分類號(hào): C23C14/30;C23C14/54;H01M8/0228;H01M8/021
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 馮劍明

一種用于制造耐腐蝕基底的方法和系統(tǒng)執(zhí)行以下步驟：(1)提供基底；(2)經(jīng)由輸送機(jī)將基底移動(dòng)到清潔室；(3)對(duì)基底進(jìn)行清潔；(4)將基底移動(dòng)到第一壓力室中；(5)將基底從第一壓力室中移出；(6)確定在第一壓力室處的基底中的第一溫度變化；(7)基于第一溫度變化調(diào)節(jié)在第二壓力室處的第二熱源；以及(8)將基底移動(dòng)到第二壓力室中。該系統(tǒng)包括容納熱源的至少一個(gè)壓力室，其中溫度傳感器設(shè)置在壓力室的入口處和出口處。控制單元可以與溫度傳感器和熱源進(jìn)行通信。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及不銹鋼基底，并且具體涉及用于向不銹鋼基底(諸如在燃料電池雙極板上使用的基底)施加保護(hù)涂層的制造系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

燃料電池在許多應(yīng)用中用作電源。尤其是提出了將燃料電池用于汽車中以取代內(nèi)燃機(jī)。常用的燃料電池設(shè)計(jì)采用固體聚合物電解質(zhì)(“SPE”)膜或者質(zhì)子交換膜(“PEM”)來提供陰極和陽極之間的離子傳送。

燃料電池通常是在催化劑存在下將燃料(氫氣、甲醇等)和氧化劑(空氣或純氧)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電、熱和水的電化學(xué)裝置。在燃料的整個(gè)電化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中，燃料電池產(chǎn)生出了清潔能源。因此，它們的零排放或者非常低的排放使其具有環(huán)保性。此外，燃料電池是從幾瓦到幾百千瓦的大功率發(fā)電系統(tǒng)，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)。由于活動(dòng)部件較少，燃料電池的生產(chǎn)也具有低噪音的特性。

在質(zhì)子交換膜型燃料電池中，氫作為燃料供給到陽極，而氧作為氧化劑供給到陰極。氧氣可以是純凈形式(O₂)，或者可以是空氣(O₂和N₂的混合物)。PEM燃料電池通常具有膜電極組件(“MEA”)，其中固體聚合物膜在一個(gè)面上具有陽極催化劑，并在相反面上具有陰極催化劑。典型的PEM燃料電池的陽極層和陰極層由多孔導(dǎo)電材料(如編織石墨、石墨化片材或碳紙)形成，使得燃料能夠在面向燃料供應(yīng)電極的膜表面上分散。各電極具有負(fù)載在碳顆粒上的細(xì)碎催化劑顆粒(如鉑顆粒)，從而促進(jìn)氫在陽極處的氧化和氧在陰極處的還原。質(zhì)子從陽極穿過離子傳導(dǎo)聚合物膜流向陰極，在此它們與氧結(jié)合形成水，而水從電池中排出。MEA夾在一對(duì)多孔氣體擴(kuò)散層(“GDL”)之間，這對(duì)GDL又夾在一對(duì)非多孔的導(dǎo)電元件或板(即，流場(chǎng)板)之間。該板充當(dāng)陽極和陰極的集電器，并含有在其中形成的用于將該燃料電池的氣態(tài)反應(yīng)物分配在相應(yīng)的陽極和陰極催化劑的表面上的適當(dāng)通道和開口。為了高效地產(chǎn)生電力，PEM燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜必須是薄的、化學(xué)穩(wěn)定的、可傳輸質(zhì)子的、不導(dǎo)電的和不透氣的。在典型應(yīng)用中，燃料電池以許多單個(gè)燃料電池堆的陣列形式提供，以便提供大量電力。

目前用于燃料電池中的導(dǎo)電板提供了很多改進(jìn)燃料電池性能的機(jī)會(huì)。例如，這些金屬板通常在其表面上包括鈍性氧化物膜，其中導(dǎo)電涂層應(yīng)當(dāng)足夠薄以使接觸電阻最小化。這種導(dǎo)電涂層包括金和聚合碳涂層。將導(dǎo)電涂層施加到燃料電池中的雙極板上，以減少或防止操作期間的腐蝕。金屬雙極板在操作過程中可能會(huì)受到腐蝕。劣化機(jī)制包括從聚合物電解質(zhì)中釋放出氟離子。雙極板的金屬溶解通常導(dǎo)致了各種氧化態(tài)下的鐵、鉻和鎳離子的釋放。

目前，可以采用真空沉積工藝程將涂層施加到不銹鋼基底(諸如用于燃料電池的雙極板)上，這樣當(dāng)涂層通過源涂層材料的蒸發(fā)而施加到基底上時(shí)，橢圓計(jì)可以測(cè)量出它的厚度。然而，在基底表面上存在有表面缺陷的這種不可避免的情形下，橢圓計(jì)無法區(qū)分基底表面中的缺陷和不可接受的涂層厚度變化。此外，橢圓計(jì)的輸出相當(dāng)依賴于具有精確的模型28來預(yù)測(cè)涂層厚度，假定橢圓計(jì)的此模型執(zhí)行了幾個(gè)不同的變量來確定出涂層的厚度。這些不同的變量包括但不限于蒸發(fā)速率、源涂層材料的幾何形狀、基底的幾何形狀以及蒸發(fā)過程的持續(xù)時(shí)間。橢圓計(jì)在涂層線中的物理位置以及可以使用橢圓計(jì)進(jìn)行測(cè)量的可能位置也限制了測(cè)量的精確度。

因此，由于存在有表面缺陷或者模型中采用的多個(gè)變量中的每一個(gè)變量的不精確性，通過使用橢圓計(jì)的系統(tǒng)來確定厚度的所得輸出沒有提供足夠一致且準(zhǔn)確的結(jié)果來保證涂層落在要求的厚度范圍內(nèi)。如前所述，涂層厚度必須足夠薄，這樣才能防止出現(xiàn)過大的接觸電阻，同時(shí)還保護(hù)基底免受過度的腐蝕。示例性的優(yōu)選涂層厚度范圍通常以納米為單位進(jìn)行測(cè)量，因此測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性準(zhǔn)確性是相當(dāng)重要的。