CN101090158A - 燃料电池用膜电极组件和包括该组件的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃料电池的膜电极组件，包括彼此面对的阴极和阳极，以及插入二者之间的聚合物电解质膜。该阴极和阳极的每一个包括电极基板和布置在该电极基板上的催化剂层。所述阳极的电极基板或阴极的电极基板中的至少一个包括布置在其上的金属层。

Description

燃料电池用膜电极组件和包括该组件的燃料电池系统
技术领域
本发明涉及用于燃料电池系统的膜电极组件和包括该组件的燃料电池系统。
背景技术
燃料电池是通过氧化剂和烃类物质中的氢的电化学氧化还原反应产生电能的发电系统，所述烃类物质例如甲醇、乙醇或天然气等。聚合物电解质燃料电池是一种能替代化石燃料的清洁能源。它具有高功率密度和高能量转化率，可在室温下操作，并且是紧凑的和可紧密密封的。因此，它可应用于广大的领域，例如无污染的机动车、发电系统和/或用于移动设备、军事设备等的便携能源。
典型的示例性的燃料电池包括聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)和直接氧化燃料电池(DOFC)。直接氧化燃料电池包括以甲醇为燃料的直接甲醇燃料电池。
聚合物电解质燃料电池具有高能量密度和高功率的优点，但问题在于需要小心处理氢气(或富氢气体)和需要辅助设备，例如用于重整甲烷或甲醇，天然气等的燃料重整处理器，以产生用作PEMFC燃料的氢(或富氢气体)。
在上述燃料电池系统中，发电的电池堆包括若干个到许多个相互邻接堆叠的单元电池，且每个单元电池由膜电极组件(MEA)和隔板(也称为双极板)形成。膜电极组件由被聚合物电解质膜分开的阳极(也称为“燃料电极”或“氧化电极”)和阴极(也称为“空气电极”或“还原电极”)构成。
燃料被提供到阳极并吸附在阳极催化剂上，燃料被氧化以产生质子和电子。电子通过外部电路移动到阴极，质子则通过聚合物电解质膜移动到阴极。此外，氧化剂被提供到阴极，然后氧化剂、质子和电子在阴极催化剂上相互反应产生电流和水。
以上在背景技术部分公开的信息只是为了加强对本发明背景的理解。因此，其中可能包含不构成在本国已经为所属领域的普通技术人员知晓的现有技术的信息
发明内容
本发明一方面提供一种用于燃料电池的膜电极组件，该组件可改进电导率和催化活性。
本发明另一方面提供一种包括所述膜电极组件的高功率燃料电池系统。
根据本发明的一个实施方式，用于燃料电池的膜电极组件包括彼此面对的阴极和阳极，以及插入二者之间的聚合物电解质膜。阴极和阳极中的每一个包括电极基板和布置在该电极基板上的催化剂层。所述阳极基板或阴极基板中的至少一个包括布置在其上的金属层。
根据本发明的另一个实施方式，燃料电池系统包括发电元件、用于向发电元件供给燃料的燃料供给装置和用于向发电元件供给氧化剂的氧化剂供给装置。所述发电元件包括膜电极组件，并适于通过燃料的氧化和氧化剂的还原来发电。
附图说明
附图和说明书一起说明本发明示例性的实施方式，并且附图和说明书一起用来解释本发明的原理。
图1A、1B、1C和1D显示根据本发明实施方式在膜电极组件中的金属层位置的示意图。
图2是显示根据本发明一个实施方式的燃料电池系统结构的示意图。
图3A是显示根据实施例4和对比例1的燃料电池系统分别在50℃、60℃和70℃下测定的电压-电流密度特性的图。
图3B是显示根据实施例4和对比例1的燃料电池系统分别在50℃、60℃和70℃下测定的功率密度的图。
图4A是显示根据实施例5和对比例1的燃料电池系统分别在50℃、60℃和70℃下测定的电压-电流密度特性的图。
图4B是显示根据实施例5和对比例1的燃料电池系统分别在50℃、60℃和70℃下测定的功率密度的图。
具体实施方式
在下面详细的描述中，本发明特定的示例性实施方式通过举例说明的方式来表示和描述。本领域技术人员应认识到，所描述的示例性实施方式可以多种方式改变而不背离本发明的精神或范围。因此，附图和说明书实际上应认为是用来说明本发明而不是限制本发明。
最近，已经研究了燃料电池的功率改进。例如，已报道通过在催化剂层和电极基板之间插入金网状物形成膜电极组件(MEA)从而提高功率(Journalof Power Sources 128，2004，P.119-124)。然而，当燃料和氧化物被传输时，它也增加传质阻力。
本发明的实施方式提供一种利用金的电导率，能产生高功率而没有(或基本没有)传质阻力的膜电极组件
在本发明的实施方式中的膜电极组件包括彼此面对的阳极和阴极，以及插入二者间的聚合物电解质膜。
阳极和阴极的每一个都包括电极基板和形成于(或位于)该基板上的催化剂层。阳极的电极基板或阴极的电极基板中的至少一个包括形成于(或位于)其上的金属层。
取决于不同电极，所述金属层可在电极基板的一侧或在电极基板的两侧形成。参考图1A、1B、1C和1D说明本发明实施方式的膜电极组件。如图1A到1D所示，用于燃料电池的膜电极组件包括聚合物电解质膜20以及分别位于聚合物电解质膜20两侧的阳极21和阴极23。阳极21包括催化剂层22和电极基板24，阴极23包括催化剂层26和电极基板28。
图1A到1D显示金属层在阳极21或阴极23中的位置。
如图1A所示，阳极21包括位于催化剂层22和电极基板24之间并直接与催化剂层22接触的金属层30。如图1B所示，电极基板24位于催化剂层22和金属层30’之间，使催化剂层不能和金属层30’接触。此外，如图1C所示，金属层可位于电极基板的两侧。在此，金属层30和30’分别位于电极基板24的两侧，催化剂层22可位于金属层30或30’的一侧。正如将要描述的，无论金属层30和30’在阳极中的位置如何，该金属层30和30’可降低燃料传输的阻力，从而提高催化效率。
图1D显示金属层在阴极中的位置。在阴极23中，金属层32布置在电极基板28和催化剂层26之间，并与催化剂层26接触，从而降低氧化剂传输的阻力。
如前面所描述的，金属层可形成在阳极基板上而不是在阴极基板上。
该金属层可包括Au、Ag、Pt、Ru、Rh和/或Ir。在一个实施方式中，该金属层是Au或包括Au。
阳极或阴极的电极基板可包括约0.01到约5wt％的金属。在一个实施方式中，阳极或阴极的电极基板可包括约0.1到约1wt％的金属。当包括的金属量低于约0.01wt％时，金属几乎没有降低阻力的作用，而当金属的量大于约5wt％时，催化剂层可剥离或当用防水剂处理电极基板时可能存在问题。
此外，根据涂层(例如催化剂层)的不同位置，金属层可具有不同的厚度。例如，当金属层直接接触阳极催化剂层时，其厚度可从约0.01μm到约10μm。在一个实施方式中，该金属层的厚度为从约5μm到约10μm。另一方面，当金属层布置为不和阳极催化剂层接触时，其厚度可从约0.01μm到约5μm。在一个实施方式中，该金属层的厚度可从约0.02μm到约4μm。此外，一个第一金属层和一个第二金属层可分别布置在电极基板的两侧。在一个实施方式中，该第一金属层与阳极催化剂层接触，和/或该第一金属层或第二金属层的至少一个具有约0.01μm到约10μm的厚度。在一个实施方式中，该第一金属层或第二金属层中的至少一个具有约5μm到约10μm的厚度。此外，当金属层被布置为不与阴极催化剂层接触时，其厚度为约0.01μm到约10μm。在一个实施方式中，该金属层的厚度为约5μm到约10μm。
当金属层的厚度小于约0.01μm时，几乎没有降低阻力的作用，并且当其厚度大于相应的上述最大值时，燃料或氧化剂的传输，即传质，可遇到增加的阻力。
该金属层可通过湿法涂覆和/或物理涂覆方法来涂覆。湿法涂覆用形成金属层的组合物来实施。该组合物包括金属和溶剂。溶剂可包括例如甲醇、乙醇和/或异丙醇的醇类。
物理涂覆方法可包括化学蒸镀(CVD)，等离子体强制化学蒸镀(PECVD)和/或喷镀。
在一个实施方式中，基板是由诸如炭纸、炭布、炭毡、金属布(由金属纤维组成的多孔膜或布置在由聚合物纤维构成的布表面上的金属膜)或其组合之类的材料形成的导电基板。然而，所述电极基板不限于此。
电极基板可用含氟树脂处理成防水的，以防止(或减少)由于燃料电池工作期间产生的水造成反应物扩散效率变差。所述含氟树脂包括：聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯、聚全氟烷基乙烯基醚、聚全氟磺酰氟烷氧基乙烯基醚、聚氟化乙烯丙烯、聚一氯三氟乙烯或它们的共聚物。
微孔层(MPL)可位于电极基板和催化剂层之间以增强反应物扩散作用。微孔层通常包括但不限于小尺寸的导电粉末，例如碳粉、碳黑、乙炔黑、活性碳、碳纤维、富勒烯、纳米级碳或其组合。所述纳米级碳可包括例如碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米角、碳纳米环或它们的组合的材料。
通过在电极基板上涂敷包括导电粉末、粘合剂树脂和溶剂的组合物涂层而形成微孔层。所述粘合剂树脂可包括但不限于聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯、聚全氟烷基乙烯基醚、聚全氟磺酰氟烷氧基乙烯基醚、聚乙烯醇、醋酸纤维素或它们的组合。所述溶剂可包括但不限于诸如乙醇、异丙醇、、正丙醇或丁醇之类的醇类，水，二甲基乙酰胺，二甲亚砜和/或N-甲基吡咯烷酮。涂敷所述涂层的方法根据组合物的不同粘度可包括但不限于丝网印刷、喷涂和/或刮刀法。
涂覆有导电金属层的电极基板在催化剂层和电极基板的界面间以及电极基板和传输的物质的界面间具有降低的电阻。由于在导电金属和催化剂之间的接触面积增加，导电金属层还有催化协同作用并得到高功率燃料电池。
膜电极组件的阳极和阴极各自的催化剂层包括铂、钌、锇、铂-钌合金、铂-锇合金、铂-钯合金、铂-M合金或其组合，其中M包括选自由Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh、Ru及其组合所组成组中的至少一种过渡金属元素。更具体地，所述各自的催化剂层包括选自Pt、Pt/Ru、Pt/W、Pt/Ni、Pt/Sn、Pt/Mo、Pt/Pd、Pt/Fe、Pt/Cr、Pt/Co、Pt/Ru/W、Pt/Ru/Mo、Pt/Ru/V、Pt/Fe/Co、Pt/Ru/Rh/Ni、Pt/Ru/Sn/W及其组合所组成的组中的至少一种物质。
这样的催化剂层可负载在碳载体上，或不负载而以黑催化剂的形式使用。合适的载体包括碳类材料，例如石墨、登卡黑(denka black)、科琴黑(ketjen black)、乙炔黑、活性碳、碳纳米管、碳纳米纤维、和/或碳纳米线；和/或无机材料粒子，例如氧化铝、二氧化硅、氧化锆和/或二氧化钛。在一个实施方式中，载体包括碳类材料
膜电极组件的聚合物电解质膜20可包括通常用于燃料电池的聚合物电解质膜的任何合适的质子传导聚合物树脂。所述质子传导聚合物是在侧链上具有选自由磺酸基团、羧酸基团、磷酸基团、膦酸基团及其衍生物所组成组中的阳离子交换基团的聚合物树脂。
所述质子传导聚合物可包括至少一种选自如下组中的物质：含氟聚合物、苯并咪唑类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚类聚合物、聚砜类聚合物、聚醚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚醚酮类聚合物和/或聚苯基喹喔啉类聚合物。在一个实施方式中，聚合物电解质膜包括选自如下组中的质子传导聚合物：聚(全氟磺酸)(NAFIONTM)、聚(全氟羧酸)、四氟乙烯和具有磺酸基的氟代乙烯基醚共聚物、脱氟的聚醚酮硫化物、芳基酮、聚(2，2′-(间-亚苯基)-5，5′-二苯并咪唑)、聚(2，5-苯并咪唑)及其组合。在质子传导聚合物中的质子传导基团中的H可被Na、K、Li、Cs，四丁基铵或其组合取代。当质子传导聚合物侧链末端的离子交换基团中的H被Na或四丁基铵取代时，可分别采用NaOH或四丁基氢氧化铵。当H被K、Li或Cs取代时，可采用任何合适的相应的化合物。
上述的一个或更多的膜电极组件可应用于聚合物电解质燃料电池系统或直接氧化燃料电池系统中。在一个实施方式中，一个或更多的膜电极组件可应用于直接氧化燃料电池系统中。
在包括本发明实施方式的膜电极组件的燃料电池系统中，发电元件通过燃料的氧化和氧化剂的还原发电。
燃料供给装置将燃料供给到发电元件。所述燃料包括液体或气体的氢，或烃类燃料。在一个实施方式中，所述燃料电池系统是采用烃类燃料的直接氧化燃料电池系统。该烃类燃料包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和/或天然气。
图2显示了燃料电池系统结构的示意图，下面将更详细地描述燃料电池系统的结构。图2图解了一个燃料电池系统1，其中燃料和氧化物分别通过泵11和13提供给发电元件3。在本发明中，燃料电池系统可具有其它合适的结构，而不限于上述结构。作为例子，本发明的燃料电池系统或者可包括燃料和氧化物以扩散的方式来供给的结构。
燃料电池系统1包括至少一个通过燃料和氧化剂间的电化学反应来发电的发电元件3，用于将燃料供给到发电元件3的燃料供给装置5，和用于将氧化剂供给到发电元件3的氧化剂供给装置7。
此外，燃料供给装置5装配有贮存燃料的罐9和与其相连接的燃料泵11。该燃料泵11以(可预先确定的)泵功率来供给贮存在罐9中的燃料。
将氧化剂供给到发电元件3的氧化剂供给装置7装配有至少一个以(可预先确定的)泵功率来供给氧化剂的泵13。
发电元件3包括氧化氢或燃料并还原氧化剂的膜电极组件17，分别位于膜电极组件17两侧、供给氢或燃料和氧化剂的隔板19和19’。电池堆15包括一个或更多个相互邻接堆叠的发电元件3。
以下实施例将更详细地说明本发明的实施方式。但是应理解，本发明的实施方式不限于这些实施例。
实施例1
用喷涂的方法在炭纸基板(SGL GDL 10DA)的一侧涂覆5μm厚的金涂层来制备阴极。
在该阴极基板的另一侧涂覆催化剂组合物。88wt％的Pt黑催化剂(Johnson Matthey制造)和12wt％的高氟化树脂(Nafion)/H2O/2-丙醇(Solution Technology Inc.)以5wt％的浓度作为粘合剂而被制备用来形成阴极。该催化剂以4mg/cm2的量覆在阴极上。
接着，通过在炭纸基板(SGL GDL 25BC)上涂覆催化剂组合物来制备阳极。88wt％的Pt-Ru黑催化剂(Johnson Matthey)和12wt％的Nafion/H2O/2-丙醇  (Solution Technology Inc.)以5wt％的浓度作为粘合剂而被制备用来形成阳极。该催化剂以5mg/cm2的量覆在阳极上。
然后，用制备好的阳极和阴极以及市售的NAFIONTM115(全氟磺酸酯)聚合物电解质膜来制备膜电极组件。
实施例2
用基本上与实施例1相同的方法制备阴极，区别在于阴极催化剂组合物用金涂层覆盖。
实施例3
用基本上与实施例1相同的方法制备阴极，区别在于金被喷涂在炭纸基板的两侧。
对比例1
用基本上与实施例1相同的方法制备阴极和阳极，区别在于炭纸基板上没有金涂层。
然后，分别用实施例1到3和对比例1的阴极和阳极来制造单位燃料电池，并提供1M的甲醇来运行电池。燃料电池的功率密度分别在0.45V、0.4V和0.35V以及50℃、60℃和70℃下测定。结果在表1中。
表1
  功率密度(mW/cm2)             0.45V              0.4V             0.35V
  50℃   60℃   70℃   50℃   60℃   70℃   50℃   60℃   70℃
  对比例1   45   64   85   65   87   112   80   105   131
  实施例1   40   56   73   56   73   91   70   80   101
  实施例2   46   67   89   66   85   109   77   101   125
  实施例3   36   52   70   53   71   90   65   87    98
如表1所示，实施例2的燃料电池含有与阴极催化剂相接触的金涂层，其相对于对比例1显示出更高的功率密度。此外，实施例2的燃料电池比在基板两侧均有金涂层的实施例3以及金涂层不与阴极催化剂层接触的实施例1更有效。因此，可以得到根据金涂层的不同位置，燃料电池显示出不同的功率密度的结论。
实施例4
用喷涂的方法在炭纸基板(SGL GDL 10DA)的一侧涂覆5μm厚的金涂层来制备阳极。
在该阳极基板的另一侧涂覆催化剂组合物。88wt％的Pt-Ru黑(JohnsonMatthey)催化剂和12wt％的Nafion/H2O/2-丙醇(Solution Technology Inc.)以5wt％的浓度作为粘合剂而被制备用来形成阳极。该催化剂以5mg/cm2的量覆在阳极上。
此外，通过在炭纸基板(SGL GDL 25BC)上涂覆催化剂组合物来制备阴极。88wt％的Pt黑(Johnson Matthey)催化剂和12wt％的Nafion/H2O/2-丙醇(Solution Technology Inc.)以5wt％的浓度作为粘合剂而被制备用来形成阴极。该催化剂以4mg/cm2的量覆在阴极上。
然后，用制备好的阳极和阴极以及市售的NAFIONTM115(全氟磺酸酯)聚合物电解质膜来制备膜电极组件。
实施例5
用基本上与实施例4相同的方法来制造燃料电池，区别在于通过在金涂层上涂覆催化剂组合物来制备阳极。
实施例6
用基本上与实施例1相同的方法来制造燃料电池，区别在于在用作阳极的炭纸基板的两侧用金喷涂。
然后，提供1M的甲醇给分别根据实施例4到6制造的单位燃料电池(或单位电池)以运行电池。它们各自的功率密度在0.45V、0.4V和0.35V以及50℃、60℃和70℃下测定。结果在表2中。此外，还提供根据对比例1的燃料电池的结果以便对比。
表2
  功率密度(mW/cm2)               0.45V              0.4V            0.35V
    50℃     60℃     70℃     50℃     60℃     70℃     50℃   60℃   70℃
  对比例1     45     64     85     65     87     112     80   105   131
  实施例4     59     76     95     81     104     128     98   126   154
  实施例5     63     81     104     76     100     128     84   109   140
  实施例6     50     70     91     72     95     115     81   104   132
如表2所示，实施例4到6的燃料电池阳极包含金涂层，其与对比例1相比显示出更高的功率密度。因此，当阳极包含金涂层时，都能获得增加的功率密度而不必考虑该金涂层的位置。然而，当仅在基板的一侧而不是两侧有金涂层时，在低和高电压下(例如0.35V、0.4V、0.45V)效果更好。
图3A显示根据实施例4和对比例1各自的燃料电池在50℃、60℃和70℃下测定的电压-电流密度特性，图3B显示它们各自的功率密度。图4A显示根据实施例5和对比例1各自的燃料电池在50℃、60℃和70℃下测定的电压-电流密度特性，图4B显示它们各自的功率密度。如图3B和4B所示，实施例4和5的燃料电池与对比例1相比显示出更高的功率密度，特别是在低温下。
实施例7
用基本上与实施例4相同的方法来制造燃料电池，区别在于形成1μm厚的金涂层。
实施例8
用基本上与实施例4相同的方法来制造燃料电池，区别在于形成10μm厚的金涂层。
实施例9
用基本上与实施例4相同的方法来制造燃料电池，区别在于形成20μm厚的金涂层。
然后，提供1 M的甲醇给分别根据实施例7到9的燃料电池以运行电池。它们的功率密度在0.45V、0.4V和0.35V以及50℃、60℃和70℃下测定。结果在表3中。此外，还在表3中提供对比例1和实施例4的结果以便对比。
表3
  功率密度(mW/cm2)             0.45V               0.4V             0.35V
    50℃     60℃     70℃     50℃     60℃     70℃     50℃     60℃     70℃
  对比例1     45     64     85     65     87     112     80     105     131
  实施例4     59     76     95     81     104     128     98     126     154
  实施例7     45     65     87     68     90     119     90     113     140
  实施例8     56     73     90     75     98     123     92     115     143
  实施例9     30     55     67     53     72     91     71     89     105
如表3所示，实施例4、7和8的燃料电池分别包括5μm、1μm和10μm厚的金涂层，产生比对比例1的燃料电池更高的功率。然而，实施例9的燃料电池包含20μm厚的金涂层，产生比实施例4、7和8的燃料电池稍低的功率。其结果是，发现当金涂层与阳极催化剂相接触时，其应具有示例性的厚度范围在约1μm到约10μm。
实施例10
用基本上与实施例5相同的方法来制造燃料电池，区别在于形成1μm厚的金涂层。
实施例11
用基本上与实施例5相同的方法来制造燃料电池，区别在于形成10μm厚的金涂层。
然后，提供1M的甲醇给分别根据实施例10和11的燃料电池以运行电池。它们各自的功率密度在0.45V、0.4V和0.35V以及50℃、60℃和70℃下测定。结果在表4中。此外，还在表4中提供对比例1和实施例5的结果以便对比。
表4
  功率密度(mW/cm2)             0.45V              0.4V              0.35V
    50℃     60℃     70℃     50℃     60℃     70℃   50℃   60℃   70℃
  对比例1     45     64     85     65     87     112   80   105   131
  实施例5     63     81     104     76     100     128   84   109   140
  实施例10     58     77     98     72     95     120   82   107   134
  实施例11     40     58     75     45     75     98   76   100   120
如表4所示，实施例5和10的燃料电池分别包含5μm和1μm厚的金涂层，它们产生比对比例1的燃料电池高的功率。然而，实施例11的燃料电池包含11μm厚的金涂层，其产生比实施例5和10稍低的功率。其结果是，发现当金涂层与阳极催化剂接触时，应具有示例性的厚度为约1μm到约5μm。
如上所述，用于本发明的实施方式的燃料电池的膜电极组件包括具有金属层的电极基板，以降低在催化剂层和电极基板之间的界面上以及电极基板和燃料和/或氧化剂之间的界面上的电阻。此外，金属层在界面上具有催化活性，因此金属层与催化剂层产生催化协同作用。进一步的，当催化剂和金属具有增加的接触面积时，在本发明的实施方式中可产生高功率。
结合特定的示例性的实施方式已经描述了本发明，本领域的技术人员应理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明倾向于覆盖在所附权利要求及其等同物的精神和范围内的各种改变。

Claims (24)

1、一种用于燃料电池的膜电极组件，该膜电极组件包括：
彼此面对的阴极和阳极，该阴极和阳极的每一个包括电极基板和布置在该电极基板上的催化剂层；和
插入该阳极和阴极间的聚合物电解质膜，
其中所述阳极电极基板或阴极电极基板中的至少一个包括布置在其上的金属层。
2、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中金属层包括至少一种选自由Au、Ag、Pt、Ru、Rh、Ir及其组合所组成的组中的金属。
3、根据权利要求2所述的膜电极组件，其中所述至少一种金属是Au。
4、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中阳极电极基板或阴极电极基板中的至少一个包括金属的量在约0.01到约5wt％的范围内。
5、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中金属层具有的厚度在约0.01μm到约10μm的范围内。
6、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中阳极包括金属层、催化剂层和电极基板，该阳极的电极基板布置在金属层和催化剂层之间。
7、根据权利要求6所述的膜电极组件，其中金属层具有的厚度在约0.01μm到约5μm的范围内。
8、根据权利要求7所述的膜电极组件，其中金属层具有的厚度在约0.02μm到约4μm的范围内。
9、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中阳极包括电极基板、催化剂层和金属层，所述金属层布置在阳极的电极基板和催化剂层之间。
10、根据权利要求9所述的膜电极组件，其中金属层具有的厚度在约0.01μm到约10μm的范围内。
11、根据权利要求10所述的膜电极组件，其中金属层具有的厚度在约5μm到约10μm的范围内。
12、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中金属层包括第一金属层和第二金属层，并且其中阳极包括电极基板和催化剂层，该第一金属层和第二金属层布置在阳极的电极基板的分别的表面上，催化剂层布置为与该第一金属层相接触。
13、根据权利要求12所述的膜电极组件，其中第一金属层或第二金属层中的至少一个具有的厚度在约0.01μm到约10μm的范围内。
14、根据权利要求13所述的膜电极组件，其中第一金属层或第二金属层中的至少一个具有的厚度在约5μm到约10μm的范围内。
15、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中阴极包括电极基板、催化剂层和金属层，所述金属层布置在阴极的电极基板和催化剂层之间。
16、根据权利要求15所述的膜电极组件，其中金属层具有的厚度在约0.01μm到约10μm的范围内。
17、根据权利要求15所述的膜电极组件，其中金属层具有的厚度在约5μm到约10μm的范围内。
18、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中金属层采用湿法涂覆和/或物理涂覆方法来布置。
19、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中基板包括至少一种选自由炭纸、炭布、炭毡、金属布及其组合所组成组中的材料。
20、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中阳极催化剂层或阴极催化剂层中的至少一个包括一种选自由铂、钌、锇、铂-钌合金、铂-锇合金、铂-钯合金、铂-M合金及其组合所组成组中的材料，其中M包括选自由Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mo、W、Rh、Ru所组成组中的至少一种过渡金属元素。
21、根据权利要求20所述的膜电极组件，进一步包括用于负载所述至少一个催化剂层的载体，其中所述载体包括碳类材料和/或无机材料。
22、根据权利要求1所述的膜电极组件，其中所述燃料电池是直接氧化燃料电池。
23、一种燃料电池系统，包括：
用于通过燃料氧化和氧化剂还原反应发电的发电元件，其包括：根据权利要求1-22之一的膜电极组件，其中所述阳极电极基板或阴极电极基板中的至少一个包括布置在其上的金属层；
用于将燃料供给到发电元件的燃料供给装置；和
用于将氧化剂供给到发电元件的氧化剂供给装置。
24、根据权利要求23所述的燃料电池系统，其中所述燃料是烃类燃料。
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