(57)【要約】      （修正有）【課題】低い電池パワー要求、典型的には０．２Ａ／ｃｍ２でも、水が、流れチャンネル内に蓄積しないようなプレート材料を提供する。【解決手段】燃料電池のための流れ場プレート即ち二極式プレート６２は、コーティングを親水性にするナノ孔を形成させた伝導性コーティングを備える。任意の適切なプロセスは、コーティング内にナノ孔を形成するため使用することができる。一つのプロセスは、プレート上に伝導性材料及び比較的不安定な元素を一緒に堆積させ、次に、当該元素をコーティングから除去してナノ孔を形成するため当該元素を溶解する、各工程を備える。別のプロセスは、ナノ孔を作るためイオンビームリソグラフィーのための低エネルギーイオンビームを使用する工程を備える。【選択図】図３
2007227369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート材料から作られた流れ場プレートを備える燃料電池であって、
前記流れ場プレートは、反応ガスに応じて複数の流れチャンネルを備え、該流れ場プレートは、その外側表面上に堆積されたコーティングを更に備え、該コーティングの外側表面は、コーティングを親水性にして水を逃げ出させるように作用するナノ孔を有するように形成されている、燃料電池。
【請求項２】
前記プレート材料は、ステンレス鋼、チタニウム、アルミニウム及びポリマーカーボンを基にした材料からなる群から選択されている、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記コーティングは、金属である、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記コーティングは、金、プラチナ、ルテニウム、ロジウム及び他の貴金属からなる群から選択されている、請求項４に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記コーティングは、金属酸化物である、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記金属酸化物は、二酸化シリコン、二酸化チタニウム、二酸化スズ、酸化タンタルからなる群から選択される、請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記コーティング内の前記ナノ孔は、前記流れ場プレートへのコーティングと共に不安定な材料を堆積させ、次に、該不安定な材料を除去することによって形成される、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記不安定な材料は、亜鉛、アルミニウム及びカルシウムからなる群から選択される、請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記コーティング内の前記ナノ孔は、前記流れ場プレートへのコーティングと共に低エネルギーのイオンを射出し、次に、該イオンを前記コーティングから除去することによって形成される、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記イオンはアルゴンイオンである、請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記コーティング内の前記ナノ孔は、無機材料及び有機材料を堆積させ、次に、該有機材料を除去することによって形成される、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記無機材料は金であり、前記有機材料はポリマーである、請求項１１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記コーティング内の前記ナノ孔は、前記流れ場プレート上にポリマーの組み合わせを堆積させ、次に、該ポリマーの一つを劣化させて前記ポリマーから逃げるようにするため前記流れ場プレートを加熱することにより形成される、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記コーティングは、１０〜１０００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記流れ場プレートは、アノード側部の流れ場プレート及びカソード側部の流れ場プレートからなる群から選択される、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１６】
前記燃料電池のための良好な接触抵抗を提供するため前記コーティング材料が前記ランド上に堆積することを防止するように、前記流れチャンネルの間のランドは、前記コーティングが前記流れ場プレート上に堆積されるときマスクされる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１７】
前記コーティングは、物理気相成長プロセス、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセス、溶射プロセス、スピンコーティングプロセス、ディップコーティングプロセス及びゾル−ゲルプロセス、電子ビーム蒸着、マグネトロンスパッタリング、パルスプラズマプロセス、プラズマＣＶＤ、並びに、原子層堆積プロセスからなる群から選択されたプロセスによって堆積される、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１８】
複数の燃料電池を備える燃料電池スタックであって、
前記燃料電池の各々は、
膜と、
前記膜の一方の側部上に配置されたアノード側部二極式プレートであって、該アノード側部二極式プレートは、その外側表面上に堆積されたコーティングを備える、前記アノード側部二極式プレートと、
前記膜の他方の側部上に配置されたカソード側部二極式プレートであって、該カソード側部二極式プレートは、その外側表面上に堆積されたコーティングを備え、該コーティングの外側表面は、該コーティングを親水性にし、水を逃がすように作用するナノ孔を有するように形成される、前記カソード側部二極式プレートと、
を備える、燃料電池スタック。
【請求項１９】
前記コーティングは金属である、請求項１８に記載の燃料電池スタック。
【請求項２０】
前記コーティングは、金、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、及び、他の貴金属からなる群から選択される、請求項１９に記載の燃料電池スタック。
【請求項２１】
前記コーティングは、金属酸化物である、請求項１８に記載の燃料電池スタック。
【請求項２２】
前記金属酸化物コーティングは、二酸化シリコン、二酸化チタニウム、二酸化スズ、酸化タンタルからなる群から選択される、請求項２１に記載の燃料電池スタック。
【請求項２３】
前記コーティング内の前記ナノ孔は、前記二極式プレートへのコーティングと共に不安定な材料を堆積させ、次に、該不安定な材料を除去することによって形成される、請求項１８に記載の燃料電池スタック。
【請求項２４】
前記不安定な材料は、亜鉛、アルミニウム及びカルシウムからなる群から選択される、請求項２３に記載の燃料電池スタック。
【請求項２５】
前記コーティング内の前記ナノ孔は、前記流れ場プレートへのコーティングと共に低エネルギーのイオンを射出し、次に、該イオンを前記コーティングから除去することによって形成される、請求項１８に記載の燃料電池スタック。
【請求項２６】
前記イオンはアルゴンイオンである、請求項２５に記載の燃料電池スタック。
【請求項２７】
前記コーティング内の前記ナノ孔は、無機材料及び有機材料を堆積させ、次に、該有機材料を除去することによって形成される、請求項１８に記載の燃料電池スタック。
【請求項２８】
前記無機材料は金であり、前記有機材料はポリマーである、請求項２７に記載の燃料電池スタック。
【請求項２９】
前記コーティング内の前記ナノ孔は、前記流れ場プレート上にポリマーの組み合わせを堆積させ、次に、該ポリマーの一つを劣化させて前記ポリマーから逃げるようにするため前記流れ場プレートを加熱することにより形成される、請求項１８に記載の燃料電池スタック。
【請求項３０】
前記コーティングは、１０〜１０００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１３に記載の燃料電池スタック。
【請求項３１】
燃料電池のための流れ場プレートを作るための方法であって、
プレート材料から作られるベース構造体を提供し、
前記ベース構造体の表面上にコーティングを堆積させ、
前記コーティングを親水性にし且つ水を逃がすことができるようにするため、前記コーティング内にナノ孔を形成する、各工程を備える、方法。
【請求項３２】
プレート材料から作られるベース構造体を提供する前記工程は、ステンレス鋼、チタニウム、アルミニウム、及び、ポリマー−カーボンを基にした材料からなる群から選択された材料から作られるベース構造体を提供する工程を備えている、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
コーティングを堆積させる前記工程は、金属コーティングを堆積させる工程を備えている、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記コーティングは、金、プラチナ、ルテニウム、ロジウム、及び、他の貴金属からなる群から選択される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
コーティングを堆積させる前記工程は、金属酸化物を堆積させる工程を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記金属酸化物コーティングは、二酸化シリコン、二酸化チタニウム、二酸化スズ、酸化タンタルからなる群から選択される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
コーティングを堆積させる前記工程は、不安定な材料と共に前記コーティングを堆積させる工程を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記コーティング内に前記ナノ孔を形成する工程は、前記不安定な材料を前記コーティングから浸出させる工程を備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記不安定な材料は、亜鉛、アルミニウム及びカルシウムからなる群から選択される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記コーティング内にナノ孔を形成する前記工程は、低エネルギーのイオンの流れを前記コーティング内に射出し、次に、該イオンを前記コーティングから選択的に除去する、各工程を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記低エネルギーイオンはアルゴンイオンである、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
コーティングを堆積させ、ナノ孔を形成する前記工程は、無機材料及び有機材料を堆積させ、次に、前記ナノ孔を形成するため、前記有機材料を前記無機材料から浸出させる、各工程を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記無機材料は金であり、前記有機材料はポリマーである、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
コーティングを堆積させ、ナノ孔を形成する前記工程は、ポリマーの組み合わせを堆積させ、次に、該ポリマーの一つを劣化させて前記ポリマーから逃げることを可能にするため前記コーティングを加熱する、各工程を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項４５】
コーティングを堆積させる前記工程は、該コーティングを１０〜１０００ｎｍの範囲の厚さに堆積させる工程を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項４６】
前記コーティングが前記ランド上に堆積しないように、前記ベース構造体の表面上に前記コーティングを堆積させる前に前記流れ場プレート内の流れ場チャンネルの間のランドをマスクする工程を更に備える、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、燃料電池のための二極式プレートに係り、より詳しくは、コーティングを親水性にするナノ孔を有する伝導性コーティングを備える燃料電池のための二極式プレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、クリーンで燃料電池内に電気を効率的に生成するため使用することができるため、非常に魅力的な燃料である。水素燃料電池は、アノード及びカソードを備え、それらの間に電解質を備える電気化学式装置である。アノードは、水素ガスを受け取り、カソードは、酸素又は空気を受け取る。水素ガスは、自由な陽子及び電子を発生するためアノード内で分解される。陽子は、電解質を通ってカソードへと至る。陽子は、カソードにおいて、酸素及び電子と反応し、水を発生する。アノードからの電子は、電解質を通過することができず、よって、負荷を通るように差し向けられ、カソードに送られる前に仕事を実施する。この仕事は、車両を作動させるように機能する。
【０００３】
陽子交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、車両のための人気のある燃料電池である。ＰＥＭ燃料電池は、一般に、過フッ化スルホン酸等の固体ポリマー電解質陽子伝達膜を備えている。アノード及びカソードは、典型的には、通常ではプラチナ（Ｐｔ）等の細かく分割された触媒粒子を含んでおり、これらの粒子は、炭素粒子上に支持され、イオノマーと混合されている。触媒混合物は、膜の両側に配置されている。アノード触媒混合物、カソード触媒混合物及び膜の組み合わせは、膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を形成する。
【０００４】
幾つかの燃料電池は、典型的には、所望の電力を発生させるため燃料電池内に結合されている。例えば、車両のための典型的な燃料電池スタックは、２百個以上も積み重ねられた燃料電池を持ち得る。燃料電池スタックは、カソード反応ガス、典型的には、コンプレッサによりスタックを通して流された空気の流れを受け取る。酸素の必ずしも全てが、スタックにより消費されるわけではなく、空気の中には、スタック副産物として水を含み得るカソード排気ガスとして出力されるものがある。燃料電池スタックは、アノード水素反応ガスを受け取り、該ガスは、スタックのアノード側部へと流れていく。
【０００５】
燃料電池スタックは、スタック中の幾つかのＭＥＡの間に配置された、一連の流れ場即ち二極式プレートを備える。二極式プレートは、スタック内の隣接する燃料電池のためアノード側部及びカソード側部を備える。アノードガス流れチャンネルは、二極式プレートのアノード側部に設けられ、アノードガスが膜電極アッセンブリのアノード側部へと流れることを可能にする。カソードガス流れチャンネルは、二極式プレートのカソード側部上に設けられ、カソードガスが膜電極アッセンブリのカソード側部へと流れることを可能にする。二極式プレートは、冷却流体が流れる流れチャンネルを備えている。
【０００６】
二極式プレートは、典型的には、ステンレス鋼、チタニウム、アルミニウム、ポリマーカーボン複合物等の伝導性材料から作られており、該伝導性材料が、一つの電池から次に隣接する電池へと燃料電池により発生した電気を伝達し、スタックから出るようにしている。金属二極式プレートは、典型的には、それらの外側表面上に自然の酸化物を生成し、該二極式プレートを耐腐食性にする。しかし、酸化物層は伝導性ではなく、よって、燃料電池の内部抵抗を増大させ、その電気的性能を劣化させる。また、酸化物層は、プレートをより疎水性にする。当該技術分野では、プレートと燃料電池内の核酸プレートとの間の接触抵抗を減少させるため、二極式プレート上に金等の伝導性材料の薄い層を堆積させることが知られている。
【０００７】
当該技術分野でより良く知られているように、燃料電池スタック内の膜は、膜を横切るイオン抵抗が陽子を効果的に伝達するのに十分に低くなるように一定の相対湿度を持つ必要がある。燃料電池の作動中には、膜電極アッセンブリからの湿気及び外部湿度は、アノード及びカソードの流れ場チャンネルに入ることができる。低い電池パワー要求、典型的には０．２Ａ／ｃｍ２では、水は流れチャンネル内に蓄積し得る。反応ガスの流速は、非常に低く、水をチャンネルから流れ出させることができないからである。水が蓄積するにつれて、該水は、プレート材料の相対的な疎水性特性の故に、膨張し続ける液滴を形成する。液滴のサイズが増大するにつれて、流れチャンネルは、閉塞され、反応ガスは他の流れチャンネルへと逸らされる。チャンネルは、共通の入口及び出口マニホルドの間で平行になっているからである。反応ガスが、水でせき止められたチャンネルを通って流れることができないので、反応ガスは、水をチャンネルの外部に押し出すことはできない。チャンネルがせき止められた結果として反応ガスを受け取らない膜のこれらの領域は、電気を発生せず、よって、非均等な電流分布を形成し、燃料電池全体の効率を減少させる。水によりせき止められる流れチャンネルが多くなればなるほど、燃料電池により生成される電気は減少し、２００ｍＶより低い電池電位は電池の故障とみなされる。燃料電池は一般に電気的に直列に連結されているので、燃料電池の一つが実行停止されるならば、燃料電池スタック全体が実行停止し得る。
【０００８】
通常、より高い流速で流れチャンネルを通して反応ガスを周期的に押し出すことにより、流れチャンネル内に、蓄積した水を追い出すことができる。しかし、カソード側部では、これは、空気コンプレッサに適用された寄生的なパワーを増大させ、これによって、システムの全体的な効率を減少させる。その上、経済効率の減少、システム効率の減少、排気ガス流れ内の水素の上昇した濃度を処理するためにシステムの複雑さの増大を始めとした、パージガスとして水素燃料を使用しない多数の理由が存在する。
【０００９】
チャンネル内に蓄積した水を減少させることは、入口の加湿を減少することによって達成することもできる。しかし、燃料電池内の膜が水和したままであるように、アノード反応ガス及びカソード反応ガス内で相対湿度を提供することが望ましい。乾燥した入口ガスは、膜上に乾燥効果を持ち、該効果は、電池のイオン抵抗を増大させ、膜の長期間の耐久性を制限し得る。
【００１０】
チャンネル水輸送を改善するため燃料電池のための二極式プレートを親水性にすることが本願発明者らにより提案された。親水性プレートは、薄膜をチャンネル内の水に形成させ、該薄膜は、共通の入口ヘッダー及び出口ヘッダーに接続されたチャンネルの列に沿って流れ分布を変える傾向がより少ない。プレート材料が十分に濡らし可能である場合、拡散媒体を通した輸送水は、チャンネル壁と接触し、毛細管力によって、その長さに沿ってチャンネルの底部コーナーへと輸送される。流れチャンネルのコーナーにおける自発的な濡らしを支持するための物理的要求は、コンカス−フィン（Concus-Finn）条件β＋α／２＜９０°によって説明される。ここで、βは静的接触角度であり、αはチャンネルコーナー角度である。長方形のチャンネルα／２＝４５°に関しては、静的接触角度が４５°より小さいとき自発的な濡らし作用が生じることを示している。複合二極式プレートを備える現在の燃料電池スタックの設計で使用される略長方形のチャンネルに対しては、これは、チャンネル水の輸送及び低負荷の安定性に関する親水性プレート表面の有利な効果を実現するため必要とされる接触角度に関する適切な上側制限を規定する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の教えによれば、コーティングを親水性にするナノ孔を形成した伝導性コーティングを備えた、燃料電池のための流れ場プレート又は二極式プレートが開示される。任意の適切なプロセスは、コーティング内にナノ孔を形成するため使用することができる。一つのプロセスは、伝導性材料と比較的不安定な元素とをプレート上に一緒に堆積させ、次に、不安定な元素を溶解して、該元素をコーティングから除去し、ナノ孔を形成する、各工程を備える。別の適切なプロセスは、ナノ孔を作るため、イオンビームリソグラフィーのための低エネルギーイオンビームを使用する工程を備える。
【００１２】
本発明の追加の特徴は、添付図面と関連付けて、次の詳細な説明及び添付した請求の範囲から明らかとなろう。
【実施例】
【００１３】
ナノ孔を有するコーティングを備える燃料電池のための二極式プレートに関する本発明の実施例の次の説明は、その本質上単なる例示にしか過ぎず、本発明、又は、その用途若しくは使用法を制限することを意図したものではない。
【００１４】
図１は、上述された種類の燃料電池スタックの一部である燃料電池１０の断面図である。燃料電池１０は、カソード側部１２と、アノード側部１４とを備え、両側部は、過フッ化スルホン酸膜１６によって分離されている。カソード側部の拡散媒体層２０は、カソード側部１２上に設けられ、カソード側部の触媒層２２は、膜１６と拡散媒体層２０との間に設けられている。同様に、アノード側部の拡散媒体層２４は、アノード側部１４上に設けられ、アノード側部の触媒層２６は、膜１６と拡散媒体層２４との間に設けられている。触媒層２２及び２６並びに膜１６は、膜電極アッセンブリを形成する。拡散媒体層２０及び２４は、膜電極アッセンブリへの導入ガス輸送及び膜電極アッセンブリからの水輸送を提供する。拡散媒体層２０及び２４又は膜１６上に、触媒層２２及び２６を堆積させるための様々な技術が当該技術分野で知られている。
【００１５】
カソード側部の流れ場プレート即ち二極式プレート１８は、カソード側部１２上に設けられ、アノード側部流れ場プレート即ち二極式プレート３０は、アノード側部１４上に設けられている。二極式プレート１８及び３０は、燃料電池スタック内の燃料電池の間に設けられている。二極式プレート３０内の流れチャンネル２８からの水素反応ガスの流れは、触媒層２６と反応して、水素イオンと電子とに分解される。二極式プレート１８の流れチャンネル３２からの空気流れは、触媒層２２と反応する。水素イオンは、膜１６を通って伝搬することができ、該膜では、水素イオンは膜を通してイオン電流を運搬する。この電気化学反応の副産物は水である。
【００１６】
これに限定されない実施例では、二極式プレート１８は、２つのシート３４及び３６を備えており、これらのシートは別々に形成され、一緒に連結されている。シート３６は、流れチャンネル３２を形成し、シート３４は、隣接する燃料電池１０の間のアノード側部のための流れチャンネル３８を形成する。冷却流体流れチャンネル４０は、図示のように、シート３４及び３６の間に設けられる。同様に、二極式プレート３０は、流れチャンネル２８を形成するシート４２と、隣接する燃料電池のカソード側部のための流れチャンネル４６を形成するシート４４と、冷却流体流れチャンネル４８と、を備えている。本願で説明される実施例では、シート３４、３６、４２及び４４は、例えば、ステンレス鋼、チタニウム、アルミニウム、ポリマーカーボン複合物等の導電性材料から作られている。
【００１７】
二極式プレート１８は、伝導性コーティング５０を備え、二極式プレート３０は、伝導性コーティング５２を備え、これらの伝導性コーティングは、プレート１８と拡散媒体層２０との間、並びに、プレート３０と拡散媒体層２４との間の接触抵抗を減少させるため設けられている。この目的のための例えば金、プラチナ、ルテニウム、ロジウム及び他の貴金属等の様々な伝導性材料が当該技術分野で知られている。この目的のためのカーボン及びポリマー結合剤から構成された他のコーティングも当該技術分野で知られている。典型的には、コーティング５０及び５２は、約１０〜１０００ｎｍの厚さに堆積される。しかし、これらの材料は、上述したように、水を玉状にさせるほどの表面エネルギーを持ち、流れ場チャンネルに対して高い接触角度を有する液滴を形成するという点で、その本質上、疎水性となることがある。スタックを安定化させるという目的のため、特に低い負荷では、プレート１８及び３０の表面は、水を逃がし、好ましくは２０°より小さい低い接触角度を有するように、親水性であることが望ましい。
【００１８】
物質の多孔性がその水接触角度に影響を及ぼし、湿った液体及び湿っていない液体の湿り状態を改善することが発見された。コーティング中の多孔率を、高い精度で形成し制御することができ、一般に材料の親水性を増大させることが示された。明確に分離され直径が調整されたナノ孔を、幾つかの方法によって生成することができる。
【００１９】
本発明の一実施例によれば、コーティングを多孔性にし、その親水性を増加させるナノ孔を提供するため、後にコーティングから浸出することができる比較的不安定な元素を用いて、コーティング５０及び５２が、各々、プレート１８及び３０上に堆積される。コーティング５０及び５２の織り合わせ表面の形態をこの態様で提供するとき、流れ場チャンネル内に形成する水の接触角度が減少し、水を逃がすその能力を増大させ、スタックの安定性を援助するように、コーティング５０及び５２を親水性にすることができることが示された。特に、コーティング５０及び５２の表面エネルギーは、流れ場チャンネル内の水の接触角度を進角すること及び遅角することが、ほぼ等しくなるように、減少される。
【００２０】
別の実施例では、コーティング５０及び５２は、二酸化シリコン、二酸化チタニウム、二酸化スズ、酸化タンタル等を始めとする金属酸化物等の親水性コーティングとすることができる。これらのコーティングは、上述された望ましい接触抵抗及び所望の親水性を提供することが意図されている。しかし、これらの材料は、時折、燃料電池の作動の間に汚染する傾向があり、燃料電池の親水性を減少させる。上述されたようなコーティング５０及び５２の表面に形態的変化又は多孔性を提供することによって、自然の親水性材料を超親水性にすることができ、表面汚染の効果を相殺することができる。
【００２１】
これに限定されない例では、コーティング５０及び５２は、亜鉛と一緒に堆積された二酸化シリコンである。次に、亜鉛は、例えば酸等の適切な材料を使用して溶解される。亜鉛がコーティング５０及び５２から逃げ出すとき、亜鉛は、多孔性表面の背後に到達し、当該表面が非多孔性シリコン表面より多く水を逃がすことを援助することができる。このプロセスは、例えばＴｉＯ２等、本質上親水性である他のコーティングに適用することができ、例えば、ＰＶＤ若しくはＣＶＤ等、様々な堆積技術を使用して堆積させることができる。コーティング５０及び５２から浸出することができる適切な材料の他の例は、カルシウム及びアルミニウムを含んでいる。この態様でナノ孔を提供することによって、コーティング５０及び５２の表面は多孔性にされる。
【００２２】
図２は、適切なコーティングの代表的な例を示している。特に、図２は、硝酸内に浸漬されたＡｇ−Ａｕ合金から銀の選択的な溶解によって作られたナノ多孔性金のＳＥＭ顕微鏡写真を示している。
【００２３】
更には、コーティング５０及び５２がランド上に堆積されないように該コーティングが堆積されているとき、流れチャンネル２８及び３２の間のランドをマスクすることによって、二極式プレート１８及び３０と拡散媒体層２０及び２４の間で、各々、電気接触抵抗を維持することができる。例えば、水溶解性マスク、フォトリソグラフィマスク、又は、他の任意の物理的マスク、並びに、それらの組み合わせ等の様々なマスク技術を用いることができる。
【００２４】
コーティング５０及び５２が、二極式プレート１８及び３０上に堆積される前に、二極式プレート１８及び３０は、形成されているかもしれないプレート１８及び３０の外側上の抵抗性酸化膜を除去するため、イオンビームスパッタリング等の適切なプロセスによりクリーニングされる。コーティング５０及び５２は、物理気相成長プロセス、化学気相成長（ＣＶＤ）、プロセス溶射プロセス、スピンコーティングプロセス、ディップコーティングプロセス及びゾル−ゲルプロセスを始めとする任意の適切な技術によって、二極式プレート１８及び３０上に堆積することができるが、これらの例に限定されるものではない。物理気相成長プロセスの適切な例には、電子ビーム蒸着、マグネトロンスパッタリング、及び、パルスプラズマプロセスが含まれている。適切な化学気相成長プロセスには、プラズマＣＶＤ及び原子層堆積プロセスが含まれている。
【００２５】
コーティング５０及び５２内にナノ孔を形成することを、任意の適切なプロセスによって実施することができる。図３は、二極式プレート６２内にナノ孔を形成するためのシステム６０の平面図である。適切な装置６４は、コーティングをプレート６２上に堆積させるため、二極式プレート６２においてコーティング材料の流れ６６を放出する。加えて、適切な装置６８は、コーティング上にナノ孔を形成するため後に除去されるコーティングと共に一緒に堆積されるべき材料の流れ７０を放出する。一旦、コーティング材料及び浸出可能な材料がプレート６２上に堆積されたならば、プレート６２は、浸出可能な材料を除去するため浴槽内に配置される。図４は、ナノ孔を形成するように浸出可能な材料をコーティングから除去する例えば硫酸等の適切な流体７４を収容するコンテナ７２を示している。
【００２６】
本発明の一実施例によれば、装置６４は、コーティングを堆積させるため二極式プレート６２においてコーティング材料の流れ６６を放出する。装置６８は、低エネルギーのアルゴンイオン（Ａｒ＋）７０のイオンビームを放出するイオンビーム装置である。Ａｒ＋イオンは、コーティング内にナノ孔を形成するためコーティングを選択的に除去する。
【００２７】
本発明の別のプロセスでは、ハイブリッドのアプローチを使用することができる。特に、例えば、金（Ａｕ）等の無機材料が、例えばポリマー等の有機材料と共に使用される。次に、
ポリマーをコーティングから浸出させ、ナノ多孔性の金のネットワークを後に残すことができる。
【００２８】
本発明の別のプロセスでは、ポリマーの組み合わせを、ナノ孔固体を形成するため使用することができる。ナノ孔固体は、加熱され、それにより、ポリマーの一つが劣化し、コーティングから逃げ出すようになる。
【００２９】
前記した説明は、本発明の単なる一実施例のみを開示し、記載したに過ぎない。当業者は、請求の範囲に定義されたような本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く様々な変更、改良及び変形をなすことができることを、上記のような説明並びに添付図面や請求の範囲から容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、コーティングを親水性にするナノ孔が形成されたコーティングを有する二極式プレートを備えた燃料電池スタック内の燃料電池の断面図である。
【図２】図２は、硝酸内に浸積されたＡｇ−Ａｕ合金から銀の選択的分解により作られたナノ孔金のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３】図３は、二極式プレート上にコーティングを形成するためのシステムの平面図である。
【図４】図４は、ナノ孔を提供するためコーティングから不安定な材料を除去するための液槽の図である。
【図１】
2007227369.tif 000003
【図３】
2007227369.tif 000004
【図４】
2007227369.tif 000005
【図２】
2007227369.tif 000006
【外国語明細書】
2007227369000001.pdf
2007227369000002.pdf
2007227369000003.pdf
2007227369000004.pdf