CN102195062A - 燃料电池堆体及具有其的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池堆体及具有其的燃料电池系统，该燃料电池堆体包括：多个膜电极组件，每个膜电极组件具有电解质膜、在电解质膜的第一侧上的阳极和在电解质膜的与第一侧相反的第二侧上的阴极，其中阳极和阴极的每个包括分为至少两个区的气体扩散层使得第一区和第二区具有不同的面密度；和分隔体，在相邻的膜电极组件之间。

Description

燃料电池堆体及具有其的燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统包括利用燃料(烃基燃料、氢或富氢气体)与氧化剂(空气或氧气)的电化学反应产生电能的燃料电池堆体、向燃料电池堆体供应燃料的燃料供应器(fuel supply)以及向燃料电池堆体供应氧化剂的氧化剂供应器。燃料电池堆体包括多个膜电极组件(MEA)和位于膜电极组件之间的分隔体(也称为双极板)。
每个MEA包括电解质膜、形成在电解质膜一侧的阳极以及形成在电解质膜另一侧的阴极。分隔体在面对阳极的一侧形成燃料通道以通过其将燃料供应到阳极，并在面对阴极的一侧形成氧化剂通道以通过其将氧化剂供应到阴极。接着，在阳极的氢的氧化反应和在阴极的氧的还原反应产生电能，并另外产生了热和水分。
在燃料电池堆体工作期间，在MEA的特定区域而不是在MEA的整个区域另外产生了水，水的量随着电流密度的增大而增大。因此，在产生大量水的区域中氧化剂的分散恶化，在缺水的区域中MEA恶化或无法发生电化学反应。因此，不能在MEA的整个区域引发均匀的反应，由此引起燃料电池堆体的性能恶化。
在背景技术中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可以包含不形成本国本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的实施例提供了一种燃料电池堆体和包括该燃料电池堆体的燃料电池系统，该燃料电池堆体能通过在膜电极组件(MEA)的基本整个区域中引发大体均匀的电化学反应来增大电能产生效率。
根据本发明示范性实施例的燃料电池堆体包括：多个膜电极组件，每个膜电极组件具有电解质膜、在电解质膜的第一侧上的阳极和在电解质膜的与第一侧相反的第二侧上的阴极，其中阳极和阴极的每个包括分为至少两个区的气体扩散层使得第一区和第二区具有不同的面密度；和分隔体，在相邻的膜电极组件之间。
在一个实施例中，气体扩散层包括背衬层和微孔层，该背衬层由薄的多孔材料制成，诸如，碳纸、碳布、碳毡、金属或金属纤维，该微孔层由碳粉末、碳纳米棒、碳纳米线、碳纳米管、导电金属、无机材料或陶瓷粉末制成。
在一个实施例中，在第一区中的背衬层具有在约50g/m2至约300g/m2之间的面密度，在第二区中的背衬层具有在10g/m2至50g/m2之间的面密度，在第一区中的微孔层具有在30g/m2至100g/m2之间的面密度，在第二区中的微孔层具有约70g/m2或小于70g/m2的面密度。
气体扩散层可以涂覆有疏水材料或亲水材料，诸如，聚四氟乙烯或磺化四氟乙烯共聚物。
此外，分隔体可具有氧化剂入口和氧化剂出口，其中第一区邻近氧化剂入口并具有比第二区高的面密度。分隔体可具有燃料入口和燃料出口，其中第一区邻近燃料入口并具有比第二区高的面密度。
在另一实施例中，提供了一种燃料电池堆体，其包括：多个膜电极组件，每个膜电极组件包括电解质膜、在电解质膜的第一侧上的阳极和在电解质膜的与第一侧相反的第二侧上的阴极，其中阳极和阴极包括气体扩散层，其中气体扩散层的面密度在气体扩散层上逐渐变化；以及分隔体，在相邻的膜电极组件之间。
在一个实施例中，分隔体具有氧化剂入口和氧化剂出口，其中阴极的气体扩散层的面密度在大体从氧化剂入口到氧化剂出口的方向上逐渐减小，分隔体具有燃料入口和燃料出口，其中阳极的气体扩散层的面密度在大体从燃料入口到燃料出口的方向上逐渐减小。
附图说明
图1为根据本发明第一示范性实施例的燃料电池堆体的局部分解透视图；
图2为图1的燃料电池堆体的一个MEA和两个分隔体的分解透视图；
图3为图2的MEA和分隔体的局部截面图；
图4为图3的燃料电池堆体的阴极的气体扩散层的示意图；
图5为图3的燃料电池堆体的阳极的气体扩散层的示意图；
图6为根据本发明第二示范性实施例的燃料电池堆体的阴极的气体扩散层的示意图；
图7为根据本发明第二示范性实施例的燃料电池堆体的阳极的气体扩散层的示意图；
图8为根据本发明第三示范性实施例的燃料电池堆体的阴极的气体扩散层的示意图；
图9为根据本发明第三示范性实施例的燃料电池堆体的阳极的气体扩散层的示意图；
图10为根据本发明第四示范性实施例的燃料电池堆体的阴极的气体扩散层的示意图；
图11为根据本发明第四示范性实施例的燃料电池堆体的阳极的气体扩散层的示意图；
图12为示范性实施例和对比示范性实施例的MEA的功率密度实验结果的图形；
图13为根据本发明示范性实施例的燃料电池系统的整个构造的示意图。
具体实施方式
现将参考其中显示本发明的示范性实施例的附图在其后更加全面地描述本发明。本领域技术人员将理解，所描述的实施例可以以各种不同方式改变，这些均不脱离本发明的精神和范围。
图1为根据本发明第一示范性实施例的燃料电池堆体的透视图，图2为图1的燃料电池堆体的一个MEA和两个分隔体的局部透视图。
参考图1和图2，根据本发明第一示范性实施例的燃料电池堆体100包括多个膜电极组件(MEA)10和相邻于MEA 10位于MEA 10之间的多个分隔体20。一个MEA 10和位于该MEA 10两侧的两个分隔体20形成产生电能的一个电产生单元(即，单元电池)。
分隔体20，也称为双极板，和成对的端板30位于燃料电池堆体100的外边缘。燃料电池堆体100通过紧固工具诸如穿透两个端板30的螺钉31被牢固地装配。供应燃料的燃料入口32、供应氧化剂的氧化剂入口33、排出未反应燃料的燃料出口34以及排出水分和未反应空气的氧化剂出口35提供在一个端板30中。
图1示出在一个端板30中的两个入口32和33及两个出口34和35，但是燃料入口32和氧化剂入口33可以形成在一个端板30上，且燃料出口34和氧化剂出口35可以形成在另一个端板30上。
图3为图2的MEA和分隔体的局部截面图。
参考图3，MEA 10包括电解质膜11、在电解质膜11的一侧形成的阴极12以及在电解质膜的另一侧形成的阳极13。
阴极12供应有氧化剂，并包括催化剂层14和气体扩散层15，该催化剂层14通过还原反应将氧化剂上的氧转换为电子和氧离子，该气体扩散层15接触催化剂层14的外表面并使电子和氧离子的运动平稳。阳极13供应有燃料，并包括催化剂层16和气体扩散层17，该催化剂层16通过氧化反应将燃料中的氢转换为电子和氢离子，该气体扩散层17接触催化剂层16的外表面并使电子和氢离子的运动平稳。
电解质膜11可以是固体聚合物电解质，该固体聚合物电解质具有约5μm至约200μm的厚度，阳极13具有离子交换功能，用于将催化剂层16中产生的氢离子移动到阴极12的催化剂层14。在图2中，附图标记18表示支撑MEA 10的支撑片。
分隔体20起导体的作用，其串联连接在一侧的MEA的阴极12和在另一侧的MEA的阳极13。此外，分隔体20在面对阴极12的一侧形成氧化剂通道21从而通过其将氧化剂供应到阴极12，并在面对阳极13的一侧形成燃料通道22从而通过其将燃料供应到阳极13。
参考图2和图3，氧化剂入口歧管(manifold)23和氧化剂出口歧管24形成在分隔体20的角落处并且与氧化剂通道21连接。氧化剂通道21具有连接氧化剂入口歧管23和氧化剂出口歧管24的凹入槽。在分隔体20的其他角落处，形成与燃料通道22连接的燃料入口歧管25和燃料出口歧管26。燃料通道22具有连接燃料入口歧管25和燃料出口歧管26的凹入槽。
通过氧化剂入口33供应的氧化剂通过与氧化剂入口33连接的氧化剂入口歧管23分散到各个分隔体20的氧化剂通道21。因此，氧化剂同时供应到各个MEA 10的阴极12。此外，穿过位于相对侧的氧化剂出口歧管24的水分和未反应空气通过氧化剂出口35排出。
通过燃料入口32供应的燃料通过与燃料入口32连接的燃料入口歧管25分散到各个分隔体20的燃料通道22。因此，燃料同时供应到各个MEA 10的阳极13。此外，穿过位于相对侧的燃料入口歧管26的未反应燃料通过燃料出口34排出。
当具有上述构造的燃料电池堆体100产生电能时，另外产生了水和热。然而，水在MEA 10的特定区域中产生而不是在MEA 10的整个区域中均匀地产生，因此在MEA 10中的水分分布变得不均匀。不均匀的水分分布引起燃料电池堆体100的恶化以及电能产生效率的恶化。
在本示范性实施例的燃料电池堆体100中，气体扩散层15和17分为至少两个区域，在该至少两个划分的区域中每个具有不同的面密度。气体扩散层15和17最小化缺少水分的区域中的水分损失并使得富有水分区域中的水分排放平稳，从而在MEA 10中提供均匀的水分分布。
图4示出了燃料电池堆体的阴极的气体扩散层的示意图，图5示出了图3的燃料电池堆体的阳极的气体扩散层的示意图。
参考图3至图5，阴极12的气体扩散层15分为与氧化剂入口歧管23相邻的第一区A10和与氧化剂出口歧管24相邻的第二区A20。此外，第一区A10中测出的气体扩散层15的面密度高于第二区A20中测出的气体扩散层15的面密度。
阳极13的气体扩散层17分为与燃料入口歧管25相邻的第三区A30和与燃料出口歧管26相邻的第四区A40。此外，第三区A30中测出的气体扩散层17的面密度高于第四区A40中测出的气体扩散层17的面密度。
然而，氧化剂入口歧管23和氧化剂出口歧管24的位置不限于图4中示出的位置。气体扩散层15的第一区A10限定为与氧化剂入口歧管23相邻的区域而不考虑氧化剂入口歧管23的位置。燃料入口歧管25和燃料出口歧管26的位置不限于图5所示的位置。气体扩散层17的第三区A30限定为与燃料入口歧管25相邻的区域而不考虑燃料入口歧管25的位置。
气体扩散层15和17可以有效地应用于燃料电池堆体100，当该燃料电池堆体100被驱动时该燃料电池堆体100在MEA 10中的氧化剂出口歧管24和燃料出口歧管26的外围处富有水分且在氧化剂入口歧管23和燃料入口歧管25的外围处缺少水分。
气体扩散层15和17由背衬层151和171以及接触背衬层151和171一侧的微孔层152和172的层叠结构形成。背衬层151和171由多孔薄板材料，诸如，碳纸、碳布，碳毡、多孔金属板和多孔金属纤维(porous metal fiber)形成，或通过层叠两个或多个多孔薄板材料而形成。微孔层152和172包括碳粉末、碳纳米棒、碳纳米线、碳纳米管、导电金属、无机材料和陶瓷粉末的至少一个。
疏水材料诸如聚四氟乙烯或亲水材料诸如磺化四氟乙烯共聚物(sulfonated tetrafluoroethylene copolymer)(例如，NAFION
Figure BSA00000258973100061
离聚物)可以用于背衬层151和171及微孔层152和172的表面处理。疏水表面处理能防止在气体扩散层15和17中溢流(flooding)，亲水表面处理能增大MEA 10中的水分含量。
通过控制背衬层151和171的面密度或微孔层152和172的面密度或者通过一起控制背衬层151和171及微孔层152和172的面密度，气体扩散层15和17可以分为第一区A10、第二区A20、第三区A30和第四区A40。背衬层151和171及微孔层152和172具有孔，背衬层151和171和微孔层152和172的透水性根据面密度而分别改变。
气体扩散层15和17通过高的面密度减小了缺少水分的第一区A10和第三区A30的透水性，并通过低的面密度增大了富有水分的第二区A20和第四区A40的透水性。因此，气体扩散层15和17锁住第一区A10和第三区A30中的水分以最小化水分损失，并增大第二区A20和第四区A40中的水分排放。
更具体地，阴极12的气体扩散层15将催化剂层14中产生的水分传输到电解质膜11和分隔体20的氧化剂通道21。在第一区A10中，气体扩散层15以高面密度降低了水分朝向氧化剂通道21的移动，因此水分主要移动到电解质膜11。在第二区A20中，气体扩散层15以低面密度增大了水分朝向氧化剂通道21的移动，因此能增大水分的排放并能防止溢流。
此外，阳极13的气体扩散层17将催化剂层16中产生的水分传输到分隔体20的燃料通道22。在第三区A30中，气体扩散层17以高面密度减小了水分朝向燃料通道22的移动，因此水分主要移动到电解质膜11。在第四区A40中，气体扩散层17以低面密度增大了水分朝向燃料通道22的移动，因此能增大水分的排放并能防止溢流。
因此，通过气体扩散层15和17，MEA 10的水分分布能在整个区域中基本均匀。因此，氧化剂能基本均匀地在阴极12的整个区域上分散，基本上能够防止因缺少水分而导致MEA 10的恶化，并能够通过在MEA 10的整个表面上引发均匀的电化学反应来增大电能产生效率。
气体扩散层15和17的背衬层151和171可以具有在第一区A10和第三区A30中约50g/m2至约300g/m2的面密度以及在第二区A20和第四区A40中约10g/m2至约50g/m2的面密度。气体扩散层15和17的微孔层152和172可以具有在第一区A10和第三区A30中约30g/m2至约100g/m2的面密度以及在第二区A20和第四区A40中约70g/m2或更小的面密度。
在此示范性实施例中，阴极12和阳极13的气体扩散层15和17都分为两个区。然而，在一个实施例中，阴极12和阳极13的气体扩散层15和17中仅一个可以分为两个区。
在图4和图5中，第二区A20大于第一区A10，第四区A40大于第三区A30，但是气体扩散层15和17的面积可以不同地改变。即，第一区A10和第二区A20可以构造为具有相同的尺寸或不同的尺寸，第三区A30和第四区A40可以构造为具有相同的尺寸或不同的尺寸。
此外，在图4和图5中，气体扩散层15和17分别分为两个区，但至少一个附加区可以位于第一区A10和第二区A20之间以及第三区A30和第四区A40之间。气体扩散层15和17的附加区中测出的面密度高于气体扩散层15和17的第二区A20和第四区A40中测出的面密度，并低于气体扩散层15和17的第一区A10和第三区A30中测出的面密度。
图6示出了根据本发明第二示范性实施例的燃料电池堆体的阴极的气体扩散层的示意图，图7示出了根据本发明第二示范性实施例的燃料电池堆体的阳极的气体扩散层的示意图。
参考图6和图7，阴极12的气体扩散层115的面密度沿着从氧化剂入口歧管23朝向氧化剂出口歧管24的至少一个方向逐渐减小。阳极13的气体扩散层117的面密度沿着从燃料入口歧管25朝向燃料出口歧管26的至少一个方向逐渐减小。
气体扩散层115和117可以分别为具有一对长边和一对短边的矩形形状，气体扩散层115和117的面密度可以沿着平行于长边的方向、平行于短边的方向以及对角线方向之一逐渐变化。图6和图7示出了气体扩散层115和117的面密度沿着平行于短边的方向变化，但不限于此。
通过控制背衬层151和171的面密度或微孔层152和172的面密度，或者通过控制背衬层151和171以及微孔层152和172的面密度，可以设定气体扩散层115和117的面密度变化。在根据第二示范性实施例的燃料电池堆体中，通过再划分气体扩散层115和117来控制面密度，由此，MEA 10的整个区域中的水分分布能进一步基本均匀。
图8示出了根据本发明第三示范性实施例的燃料电池堆体的阴极的气体扩散层的示意图，图9示出了根据本发明第三示范性实施例的燃料电池堆体的阳极的气体扩散层的示意图。
参考图8和图9，阴极12的气体扩散层215分为与氧化剂入口歧管23相邻的第五区A50、与氧化剂出口歧管24相邻的第六区A60以及位于第五区A50与第六区A60之间的第七区A70。此外，第五区A50和第六区A60中测出的气体扩散层215的面密度高于第七区A70中测出的气体扩散层215的面密度。第五区A50中测出的气体扩散层215的面密度可以与第六区A60中测出的气体扩散层215的面密度相同。
阳极13的气体扩散层217分为与燃料入口歧管25相邻的第八区A80、与燃料出口歧管26相邻的第九区A90以及位于第八区A80与第九区A90之间的第十区A100。此外，第八区A80和第九区A90中测出的气体扩散层217的面密度高于第十区A100中测出的气体扩散层217的面密度。第八区A80中测出的气体扩散层217的面密度可以与第九区A90中测出的气体扩散层217的面密度相同。
气体扩散层215和217可以有效地应用于燃料电池堆体，在该燃料电池堆体工作时，该燃料电池堆体在MEA 10的中心区域富有水分而在氧化剂入口歧管23、氧化剂出口歧管24、燃料入口歧管25和燃料出口歧管26的周围缺少水分。
通过控制背衬层151和171的面密度或微孔层152和172的面密度，或者通过一同控制背衬层151和171以及微孔层152和172的面密度可以设定气体扩散层215和217的面密度变化。
气体扩散层215和217通过在相对干燥的第五区A50、第六区A60、第八区A80和第九区A90锁住水分来最小化水分损失，并在其中产生大量水分的第七区A70和第十区A100中增大排放水分。因此，气体扩散层215和217能在MEA 10的整个区域提供均匀的水分分布。
第五区A50至第十区A100可以在尺寸上变化而不限于图8和图9中示出的尺寸。此外，至少一个附加区可以位于第五区A50与第七区A70之间、第六区A60与第七区A70之间、第八区A80与第十区A100之间以及第九区A90与第十区A100之间。气体扩散层215和217的面密度可以是在在两个相邻区中分别测出的两个面密度之间的中间值。
图10示出了根据本发明第四示范性实施例的燃料电池堆体的阴极的气体扩散层的示意图，图11为根据本发明第四示范性实施例的燃料电池堆体的阳极的气体扩散层的示意图。
参考图10和图11，阴极12的气体扩散层315的面密度沿着从氧化剂入口歧管23朝向氧化剂出口歧管24的至少一个方向逐渐减小。阳极13的气体扩散层317的面密度沿着从燃料入口歧管25朝向燃料出口歧管26的至少一个方向逐渐减小。
气体扩散层315和317的面密度可以沿着平行于长边的方向、平行于短边的方向以及对角线的方向之一逐渐变化。在图10和图11中，气体扩散层315和317的面密度沿着平行于短边的方向变化，但不限于此。
在第二示范性实施例至第四示范性实施例中，阴极12和阳极13的气体扩散层之一可以形成为具有均匀的面密度而没有区域的划分和面密度的逐渐变化。即，区域的划分和面密度的逐渐变化可以应用于阴极12和阳极13的气体扩散层之一。
图12示出了示范性实施例和对比示范性实施例的MEA的功率密度的图表。
在示范性实施例的MEA中，阴极的气体扩散层12分为第一区A10和第二区A20(参考图4)，第一区A10和第二区A20分别具有约174g/m2的面密度。在对比示范性实施例的燃料电池堆体中，阴极的气体扩散层具有约115g/m2的均匀面密度。面密度表示背衬层和微孔层的面密度之和。
对比示范性实施例的MEA与示范性实施例的MEA构造相同，除了阴极的气体扩散层之外。进行功率密度实验同时提供干燥氧化剂到阴极。参考图12，示范性实施例的MEA的功率密度比对比示范性实施例的高，是对比示范性实施例的MEA的功率密度的约1.58倍。
通过控制背衬层151和171的面密度或微孔层152和172的面密度，或者通过一同控制背衬层151和171的面密度以及微孔层152和172的面密度，能够设定气体扩散层315和317的面密度变化。根据第四示范性实施例的燃料电池堆体通过进一步再划分气体扩散层315和317来控制面密度，由此MEA 10的整个区域的水分分布能更加有效地均匀化。
图13示出了根据本发明示范性实施例的燃料电池系统的整个构造的示意图。根据本示范性实施例的燃料电池系统包括第一至第四示范性实施例中至少一个的燃料电池堆体。
参考图13，燃料电池系统200包括燃料电池堆体100、将燃料供应到燃料电池堆体100的燃料供应器40以及将氧化剂供应到燃料电池堆体100的氧化剂供应器50。
燃料是以液态或气态存在的烃基燃料，诸如，甲醇、乙醇、液化天然气、汽油和丁烷气，氧化剂为外部空气或氧气。
燃料供应器40包括存储液体燃料或气体燃料的燃料罐41、连接燃料罐41和燃料电池堆体100的燃料供应管42以及与燃料罐41连接的燃料泵43。燃料泵43利用抽吸力将存储在燃料罐41中的燃料排出以通过燃料供应管42将燃料供应到燃料电池堆体100。
氧化剂供应器50包括与燃料电池堆体100连接的氧化剂供应管51和安装在氧化剂供应管51中的氧化剂泵52。氧化剂泵52利用抽吸力吸入外部空气以通过氧化剂供应管51将氧化剂供应到燃料电池堆体100。在此情况下，控制阀可以安装在氧化剂供应管51中以控制氧化剂的供给。
燃料电池系统200是直接氧化型，其直接利用燃料与氧化剂的电化学反应产生电能。然而，本示范性实施例的燃料电池系统200不限于直接氧化型。即，燃料电池系统200可以是聚合物电极膜类型，其利用氢或富氢气体与氧化剂的电化学反应产生电能。
燃料电池系统的聚合物电极膜类型的燃料供应还包括重整装置，其通过重整燃料来产生氢或富氢气体。
虽然结合目前认为是实际的示范性实施例已经描述了本发明，然而可以理解本发明并不限于所公开的实施例，相反，其旨在涵盖在所附权利要求的精神和范围内的各种变化和等同布置。

Claims (16)

1.一种燃料电池堆体，包括：
多个膜电极组件，每个所述膜电极组件包括：
电解质膜；
阳极，在所述电解质膜的第一侧上；和
阴极，在所述电解质膜的与所述第一侧相反的第二侧上，其中所述阳极和所述阴极每个包括气体扩散层，该气体扩散层分为至少两个区使得所述至少两个区的第一区和第二区具有不同的面密度；以及
分隔体，在相邻的所述膜电极组件之间。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆体，其中所述气体扩散层包括背衬层和微孔层。
3.根据权利要求2所述的燃料电池堆体，其中所述背衬层包括薄的多孔材料。
4.根据权利要求2所述的燃料电池堆体，其中所述背衬层包括碳纸、碳布、碳毡、金属或金属纤维。
5.根据权利要求2所述的燃料电池堆体，其中所述背衬层包括层叠在一起的至少两个薄的多孔板。
6.根据权利要求2所述的燃料电池堆体，其中所述微孔层包括碳粉末、碳纳米棒、碳纳米线、碳纳米管、导电金属、无机材料或陶瓷粉末。
7.根据权利要求2所述的燃料电池堆体，其中在所述第一区中的所述背衬层具有在50g/m2至300g/m2之间的面密度，在所述第二区中的所述背衬层具有在10g/m2至50g/m2之间的面密度。
8.根据权利要求2所述的燃料电池堆体，其中在所述第一区中的所述微孔层具有在30g/m2至100g/m2之间的面密度，在所述第二区中的所述微孔层具有约70g/m2或小于70g/m2的面密度。
9.根据权利要求1所述的燃料电池堆体，其中所述气体扩散层涂覆有疏水材料或亲水材料。
10.根据权利要求1所述的燃料电池堆体，其中所述气体扩散层涂覆有聚四氟乙烯或磺化四氟乙烯共聚物。
11.根据权利要求1所述的燃料电池堆体，其中所述第一区与第二区的尺寸不同。
12.根据权利要求1所述的燃料电池堆体，其中所述分隔体具有氧化剂入口和氧化剂出口，其中所述第一区邻近所述氧化剂入口并具有比所述第二区高的面密度。
13.根据权利要求1所述的燃料电池堆体，其中所述分隔体具有燃料入口和燃料出口，其中所述第一区邻近所述燃料入口并具有比所述第二区高的面密度。
14.一种燃料电池堆体，包括：
多个膜电极组件，每个所述膜电极组件包括：
电解质膜；
阳极，在所述电解质膜的第一侧上；和
阴极，在所述电解质膜的与所述第一侧相反的第二侧上，其中所述阳极和所述阴极每个包括气体扩散层，其中所述气体扩散层的面密度在所述气体扩散层上逐渐变化；
分隔体，在相邻的所述膜电极组件之间。
15.根据权利要求14所述的燃料电池堆体，其中所述分隔体具有氧化剂入口和氧化剂出口，其中所述阴极的所述气体扩散层的面密度在大体从所述氧化剂入口到所述氧化剂出口的方向上逐渐减小。
16.根据权利要求14所述的燃料电池堆体，其中所述分隔体具有燃料入口和燃料出口，其中所述阳极的所述气体扩散层的面密度在大体从所述燃料入口到所述燃料出口的方向上逐渐减小。
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