用于电化学应用的高导电性表面的利记博彩app_2

文档序号:8356122阅读:来源:国知局
有2.25克(g)金粉末(直径约0.5微米)、80克乙二醇和0.07克表面活性剂(Uniquema公司的Η)-700)的混合物,并使用超声探针散播该混合物15分钟。
[0030]可沉积金属衬垫12,以覆盖耐腐蚀金属衬底10表面(例如,上表面区域)的一部分,该部分小于耐腐蚀金属衬底10的整个表面。换句话说,由金属衬垫12覆盖典型地用于与其他部件接触的区域小于耐腐蚀金属衬底10的整个表面区域。在这种方式中,金属衬垫12可提高耐腐蚀金属衬底10表面的导电性,但使用的贵金属量比在耐腐蚀金属衬底10上沉积连续金属层显著减少。在某些实施方案中,耐腐蚀金属衬底10被多个金属衬垫12覆盖的部分或量(例如,上表面面积)可预先确定,并且金属衬垫12的放置速率可以控制,以获得该预先确定的量。例如,耐腐蚀金属衬底10表面被金属衬垫12覆盖的百分比可处于0.5%至10%、10%至30%、20%至40%、30%至50%、40%至60%或50%至70%,或50%至95%范围内。在某些实施方案中,耐腐蚀金属衬底10表面被金属衬垫12覆盖的百分比可近似为50%或更少、60%或更少、70%或更少或者95%或更少。
[0031]在某些实施方案中,也可使用其它沉积方法将金属衬垫或点12沉积至耐腐蚀金属衬底10上。一种最常用的沉积工艺是使用镀层工艺将贵金属镀于衬底上。在一些实施例中,镀层工艺将导致被镀金属点或颗粒12在耐腐蚀金属衬底10上的附着力较弱。在这些实施例中,可希望用后续的结合步骤或工艺提高附着性能。结合步骤或工艺可包括例如在450摄氏度下在空气中热处理金属衬垫12约I小时。另一种沉积工艺为物理汽相沉积(PVD),其中材料在真空中沉积至衬底上。然而,PVD由于与产生真空相关的成本而非常昂虫贝ο
[0032]图1B为图1A所描述结构的示意性平面图。如图1B所示,作为喷射工艺的结果,在耐腐蚀金属衬底10的顶面上的每个金属衬垫12的尺寸和/或位置有所差异。例如,金属衬垫12无需具有特殊的构图或空间分布。
[0033]图2A为根据一个实施方案包括沉积于耐腐蚀金属衬底10表面的凸出部份14上的多个金属衬垫12的结构的示意性剖视图。在某些实施例中,耐腐蚀金属衬底10可具有凸出部分14,其用于与另一装置或部件进行物理和电学接触,而较低部分(谷)可用于反应(例如,电化学反应)过程中的物质输运。在这些实施例中,可希望金属衬垫12沉积于耐腐蚀金属衬底10的凸出部分14中,而不沉积于耐腐蚀金属衬底10的其它部分中。以这种方式,在金属衬垫12中使用贵金属被限定在这些用于物理和电学接触的区域内。
[0034]为包含或限制金属衬垫12在耐腐蚀金属衬底10的凸出部分14上的沉积,可使用具有开孔16a的掩模16。例如,在热喷射过程中,开孔16a可配置为基本上与凸出部分14重合,从而使金属衬垫12沉积于凸出部分14上而不沉积在耐腐蚀金属衬底10的其它部分或区域上。掩模可以是临时性的并可于工艺完成后移除,或者也可以是永久性的并可以与金属板一同存留。
[0035]图2B为图2A所描述结构的示意性平面图。如图2B所示,作为掩模喷射工艺的结果,每个金属衬垫12的位置均被限定在耐腐蚀金属衬底10的凸出区域14内。
[0036]图3为根据一个实施方案包括沉积于耐腐蚀金属衬底20表面上的、具有传导性金属层24的多个耐腐蚀颗粒22的结构的示意性剖视图。金属层24可用作高导电性接触点,用以接触例如电化学装置中的金属部件。在一个实施例中,耐腐蚀金属衬底20可包括钛、铌、锆和/或钽,和/或由这些材料中的任一种构成的合金。在另一个实施例中,耐腐蚀金属衬底20可包括低成本的碳素钢、不锈钢、铜和/或铝,和/或由这些材料中的任一种构成的合金。在又一些实施例中,耐腐蚀金属衬底20可包括铁、铬或镍,或由这些材料中的任一种构成的合金。耐腐蚀颗粒22可由可用作传导性金属层24的前体的初始材料构成。
[0037]耐腐蚀金属或合金颗粒22可沉积和/或结合至耐腐蚀金属衬底20的上表面上。可通过例如热喷射工艺、选择性镀层工艺、选择性蚀刻工艺或使用防护掩模的溅射工艺,将耐腐蚀颗粒22置于耐腐蚀金属衬底20的上表面上。根据所使用的沉积工艺,耐腐蚀颗粒22可沉积为衬垫、点和/或条带。结合过程可包括例如在空气中450摄氏度下对耐腐蚀颗粒22进行约I小时的热处理。耐腐蚀颗粒22可包括例如钯。与耐腐蚀颗粒22有关的厚度处于约0.0l微米至约20微米的范围内。在某些实施方案中,耐腐蚀颗粒22的厚度可处于例如0.01微米至0.2微米、0.1微米至0.5微米、0.1微米至I微米、0.1微米至5微米、0.5微米至I微米、I微米至2微米、I微米至5微米、2微米至5微米、5微米至10微米或10微米至20微米的范围内,在某些实施方案中希望处于0.1微米至5微米的范围内。
[0038]较薄的导电性金属层24可包括贵金属,并且可被选择性地镀(例如通过电化学镀层工艺或通过无电化学镀层工艺)于耐腐蚀颗粒22的外表面上。覆盖耐腐蚀颗粒22的传导性金属层24用于提高耐腐蚀颗粒22的导电性和/或耐腐蚀性。传导性金属层24可包括例如金、铂、铱和钌。与传导性金属层24相关的厚度处于约I纳米至约I微米的范围内。在某些实施方案中,传导性金属层24的厚度可处于例如I纳米至5纳米、I纳米至10纳米、10纳米至50纳米、10纳米至100纳米、I纳米至0.5微米、20纳米至0.5微米、100纳米至
0.5微米或100纳米至I微米的范围内,在某些实施方案中希望处于10纳米至100纳米的范围内。
[0039]可沉积耐腐蚀颗粒22,以覆盖耐腐蚀金属衬底20上表面的一部分,该部分小于耐腐蚀金属衬底20的整个表面。以这种方式,具有传导性金属层24的耐腐蚀颗粒22可用作高导电性接触点,从而提高耐腐蚀金属衬底20表面的导电性,而成本低于在耐腐蚀金属衬底20上沉积连续的金属层。如上述在图1A中描述的关于耐腐蚀金属衬底10的上表面区域被金属衬垫12覆盖部分的类似比例或百分比,也可以应用于图3中耐腐蚀颗粒22提供的覆盖率。
[0040]如图3所示,耐腐蚀颗粒22置于耐腐蚀金属衬底20的上表面上,并且优选地置于耐腐蚀金属衬底20上表面用于与其它部件物理和电学接触的区域或部分,从而通过具有传导性金属层24的耐腐蚀颗粒22降低这些区域的接触电阻。用于通过图3描述的结构的应用的一个实施例为聚合物电解构件(PEM)燃料电池,其中的金属双极板与石墨气体扩散层(OTL)直接接触。在此实施例中,耐腐蚀颗粒22 (例如,涂有金的钯衬垫)可直接与⑶L接触,从而获得金属双极板与GDL之间的低接触电阻。
[0041]图4为根据一个实施方案具有沉积于耐腐蚀金属衬底21表面上的、具有传导性氮化物层25的多个耐腐蚀颗粒23的结构的示意性剖视图。传导性氮化物层25可用作高导电性接触点,用以接触例如电化学装置中的金属部件。图4中的耐腐蚀金属衬底21可基本上类似,即,可由与以上关于图1A至图3描述的耐腐蚀金属衬底10或20基本上相同的材料构成。耐腐蚀颗粒23可以是可作为传导性氮化物层25的前体的初始材料。
[0042]耐腐蚀颗粒23可沉积和/或结合在耐腐蚀金属衬底21的上表面上。可通过例如热喷射工艺、选择性镀层工艺、选择性蚀刻工艺或使用防护掩模的溅射工艺,将耐腐蚀颗粒23置于耐腐蚀金属衬底21的上表面上。根据所使用的沉积工艺,耐腐蚀颗粒23可沉积为衬垫、点和/或条带。耐腐蚀颗粒23可包括例如钛、铬或镍,或由这些材料中的任一种构成的合金。与耐腐蚀颗粒23相关的厚度处于约0.1微米至约100微米的范围内。在某些实施方案中,耐腐蚀颗粒23的厚度可处于例如0.1微米至0.5微米、0.1微米至I微米、0.1微米至50微米、0.5微米至I微米、I微米至2微米、I微米至5微米、I微米至10微米、I微米至50微米、5微米至50微米、10微米至50微米、20微米至50微米或50微米至100微米的范围内,在某些实施方案中可希望处于0.1微米至50微米的范围内。
[0043]可通过使用硝化工艺形成传导性氮化物层25,该硝化工艺包括在约800摄氏度至约1300摄氏度的温度范围内在基本上纯的氮气氛中对耐腐蚀颗粒23进行退火。在某些实施例中,硝化工艺还可导致在耐腐蚀金属衬底21的上表面不具有耐腐蚀颗粒23的部分中形成氮化物层25a。然而,氮化物层25a无需不利地影响耐腐蚀金属衬底21的导电性或耐腐蚀性。与传导性氮化物层25相关的厚度处于约I纳米至约10微米范围内。在某些实施方案中,传导性金属层24的厚度可处于例如I纳米至5纳米、I纳米至10纳米、2纳米至I微米、10纳米至50纳米、10纳米至100纳米、I纳米至0.5微米、5纳米至20纳米、20纳米至0.5微米、100纳米至0.5微米、100纳米至I微米或I微米至10微米,在某些实施方案中可希望处于2纳米至I微米范围内。
[0044]可沉积耐腐蚀颗粒23,以覆盖耐腐蚀金属衬底21表面的一部分,该部分小于耐腐蚀金属衬底21的整个表面。以此方式,具有传导性氮化物层25的耐腐蚀颗粒23可提高耐腐蚀金属衬底21的表面的导电性,而成本低于在耐腐蚀金属衬底21上沉积连续的金属层。如上述在图1A中描述的关于耐腐蚀金属衬底10的上表面区域被金属衬垫12覆盖
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