CN115917046A - 基于质子交换膜的电解器装置及用于制造这种装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于质子交换膜的电解器包括阳极、阴极和质子交换膜，其中阳极在膜的第一表面，阴极在第二相对表面。阳极包括平行的阳极催化剂层和阳极多孔传输层，催化剂层在传输层和第一表面之间。阴极包括平行的阴极催化剂层和阴极多孔传输层，催化剂层在传输层和第二表面之间。电解器包括在阳极侧和阴极侧的导电的第一和第二网，其中第一网的表面覆盖阳极催化剂层的表面，并且其中第二网的表面覆盖阴极催化剂层的表面。

Description

基于质子交换膜的电解器装置及用于制造这种装置的方法
发明领域
本发明涉及一种基于质子交换膜的电解器装置。此外，本发明涉及用于制造这种装置的方法。
背景技术
基于质子交换膜的电解器(PEMWE’s)已经被认为是最有希望的用于从水分裂产生氢气和储存能量的装置之一，特别是当与可持续能源(例如来自风和太阳能的那些)结合时。通常，现有技术的PEMWE’s包括诸如双极板(BPP)，多孔传输层(PTL)，催化剂层(CL)和质子交换膜(PEM)的组件。催化剂层通常涂覆在PEM上。PTL用于将液体材料从双极板输送到PEM。阳极侧的催化剂通常由铱(Ir)或钌(Ru)或Ir-Ru合金组成。阴极侧的催化剂通常由铂(Pt)组成。每种金属在地球中具有相对低的丰度，因此只能以高成本获得。
因此，希望在电解器中更好地利用这些催化剂材料(以较低的量)。然而，通过降低电解器中的催化剂金属的量(即，较低的催化剂材料负载量),PEMWE遭受低催化剂利用率，以及跨越电解器组件，特别是CL内的高欧姆电阻。通过减少形成层的催化剂的量，可以在催化剂层内发生中断/间断。因此，催化剂层内的区域变得不均匀，伴随着小的催化剂补片/岛的形成，由于催化剂负载的减少，小的催化剂补片/岛可能变得彼此电断开/隔离，并且与PTL电隔离。因此，分离的催化剂颗粒将不能有效地促进PEMWE电化学反应，导致差的催化剂利用率。此外，电断开的催化剂层/补片将导致PEMWE中显著更高的总体欧姆电阻，具有相对更高的所需PEMWE电功率并因此降低效率。
ElectrochimicaActa 316(2019)43-51描述了通过引入面内传输增强层来改善质子交换膜电解器电池的性能。PTL被实施为具有在薄钛板上形成的直通圆孔的穿孔板。这些PTL的双层与堆叠在具有较小孔径(100微米)的层的顶部上的具有大孔(830微米)的层一起使用以改善传质。然而，没有报道动力学或催化剂利用率的变化。据称传输增强是由于直到中等电流密度(2Amps/cm2)的传质，主要是在通过平面的方向(垂直于PTL的平面)上，并且降低了欧姆电阻。虽然位于孔下方的催化剂材料将经历增强的传质，但是PTL的基板下方的催化剂材料依赖于平面内传质，这在使用这种设计的CL处不是很方便。因此，可以想象，在较高的电流密度下，其中传质传质阻力也变成主要的，CL的这些区域将被剥夺反应物，从而导致较差的催化剂利用率。另一方面，随着降低的催化剂负载量和不均匀CL的出现，孔下面的催化剂材料的隔离片与PTL电断开，因此不能有效地参与电化学反应。后者也导致差的催化剂利用率。
因此，目的是降低跨越组分的高总欧姆和传质阻力，以最小化运行PEMWE所需的所需电功率，同时改善催化剂利用率和动力学。随着催化剂材料的更好的利用，使用超低负载的催化剂材料变得可行，这可以进一步降低PEMWE的成本并改善该技术在清洁能源技术中广泛采用的前景。
发明概述
通过一种基于质子交换膜的电解器来实现发明目的，该电解器包括阳极部分、阴极部分和质子交换膜；所述阳极部分设置在所述膜的第一表面侧以及所述阴极部分设置在所述膜的第二相对表面侧；所述阳极部分包括阳极催化剂层和阳极多孔传输层；所述阳极催化剂层设置在所述阳极多孔传输层和所述第一表面侧之间，所述阴极部分包括阴极催化剂层和阴极多孔传输层；所述阴极催化剂层设置在所述阴极多孔传输层和所述第二表面侧之间，其中所述电解器包括导电的第一网箔和/或导电的第二网箔，所述导电的第一网箔堆叠在所述阳极催化剂层上，使得所述网箔的表面覆盖在第一覆盖区域中的所述阳极催化剂层表面，并且在所述网箔和在所述第一覆盖区域中的所述阳极催化剂层之间提供第一导电界面，所述导电的第二网箔堆叠在所述阴极催化剂层上，使得所述网箔的表面覆盖在第二覆盖区域中的阴极催化剂层的表面，以及在网箔和第二覆盖区域中的阴极催化剂层之间提供第二导电界面。相应的网箔以以下四种方式中的一种方式布置。首先，网箔可以布置在阳极催化剂层和质子交换膜之间。第二，网箔可以布置在阴极催化剂层和质子交换膜之间。第三，网箔可以布置在阳极催化剂层和多孔传输层之间。第四，网箔可以布置在阴极催化剂层和多孔传输层之间。
有利地，导电的第一和/或第二网箔提供相关催化剂层的横向(面内)分流。在相对薄的催化剂层中，催化剂层可以变成不连续的，其中催化剂层的区域可以彼此不电连接。附着到催化剂层的导电网箔提供了在催化剂层中的区域之间产生电连接的导电分流。结果，在电解中没有贡献的任何断开区域现在被电连接并变得有效。另外，欧姆电阻减小，这又减小了驱动电解器所需的电能。
本发明还涉及一种用于制造这种基于质子交换膜的电解器的方法，所述电解器包括阳极部分、阴极部分和质子交换膜，所述阳极部分设置在所述膜的第一表面侧，所述阴极部分设置在所述膜的第二相对表面侧；该方法包括：在阳极部分中提供阳极催化剂层和阳极多孔传输层，同时在阳极多孔传输层和第一表面侧之间设置阳极催化剂层；在阴极部分中提供阴极催化剂层和阴极多孔传输层，同时在阴极多孔传输层和第二表面侧之间设置阴极催化剂层，其中所述方法还包括：在阳极部分的侧面提供导电的第一网箔，并将导电的第一网箔堆叠在阳极催化剂层上，使得形成网箔的表面和阳极催化剂层的表面之间的第一重叠，跨第一重叠具有网箔和阳极催化剂层之间的第一导电界面，其中导电的第一网箔设置在阳极催化剂层和质子交换膜之间或阳极催化剂层和多孔传输层之间，和/或在所述阴极部分的侧面提供导电的第二网箔，并将所述导电的第二网箔堆叠在所述阴极催化剂层上，使得在所述网箔的表面和所述阴极催化剂层的表面之间形成第二重叠，跨第二重叠具有在所述网箔和所述阴极催化剂层之间的第二导电界面，其中所述导电第二网箔设置在所述阴极催化剂层与所述质子交换膜之间或所述阴极催化剂层与所述多孔传输层之间。
有利的实施方案由从属权利要求进一步限定。
附图说明
下面将参考附图更详细地解释本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施方案。附图仅仅是为了说明的目的，而不是对本发明概念的限制，本发明概念涵盖了落入本发明范围内的所有变型、等同物和替换。本发明的范围仅由所附权利要求中给出的定义来限定。
图1示意性地示出了根据本发明实施方案的基于质子交换膜的电解器的分解图；
图2示意性地示出了根据本发明实施方案的用于基于质子交换膜的电解器的导电网箔的平面图；
图3A,3B示意性地示出了根据本发明实施方案的基于质子交换膜的电解器的层的布置；
图4显示了根据一个实施方案的基于质子交换膜的电解器和根据现有技术的基于质子交换膜的电解器的实验极化曲线；以及
图5示出了根据实施方案的基于质子交换膜的电解器和根据现有技术的基于质子交换膜的电解器的实验电化学阻抗谱(EIS)图。
实施方案的描述
在电解器中，发生分子如水的分裂反应。分裂反应由两个半反应组成：在阴极电极处发生一个半反应，同时电子由阴极供给(从阴极添加)，在阳极电极处发生另一个半反应，同时电子由阳极除去。
作为一个实例，对于水的电解，在酸性环境中，阳极半反应由以下给出：
2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e-(eq.1)
l：液体，g：气体；aq：水溶液中，和e-：电子
阴极半反应由以下给出：
2H+(aq)+2e-→H2(g)(eq.2)
总反应由以下给出：
2H2O(l)→O2(g)+2H2(g)(eq.3)
根据反应(eq.1至eq.3)，氧气在电解器的阳极产生，氢气在电解器的阴极产生，同时质子(H+)从阳极输送到阴极。
图1示意性地示出了根据本发明实施方案的基于质子交换膜的电解器1的分解图。
基于质子交换膜的电解器1是堆叠结构，其包括阳极部分20、阴极部分40、质子交换膜30、第一双极板10和第二双极板50。阳极部分20、阴极部分40和质子交换膜30布置在第一双极板10和第二双极板50之间。
质子交换膜30是电解器的中心部分，其允许质子(H+)从阳极部分(即发生阳极反应的体积)通到阴极部分(发生阴极反应的体积)。
阳极部分20布置在第一双极板10和质子交换膜30的第一膜表面31之间。
阴极部分40布置在质子交换膜30的与其第一表面相对的第二膜表面32和第二双极板50之间。
第一双极板在外表面11处配置有用于水的入口12和用于氧气和未反应的水的出口13。在第一双极板10的内表面14处，提供了通道结构15，用于将水输送到阳极部分20中，并将氧气从阳极部分20输出。
第二双极板50在外表面51处配置有用于氢气的出口53。在第二双极板50的内表面52处，提供第二通道结构(未示出)，用于从阴极部分输送氢气。应当理解，在一些实施方案中，阴极50也可以具有进水口(这里未示出)。
阳极部分20包括阳极多孔传输层22，阳极催化剂层24和导电的第一网箔26的叠层，其中阳极多孔传输层22设置在与第一通道结构15邻接的第一双极板10以及第一网箔26和阳极催化剂层24的组合之间。第一网箔26和阳极催化剂层24的组合在质子交换膜30的第一膜表面31上邻接。阳极催化剂层24和阳极多孔传输层22可以彼此平行或基本上彼此平行。
以类似的方式，阴极部分40包括阴极多孔传输层42，阴极催化剂层44和导电的第二网箔46的叠层，其中阴极多孔传输层42设置在邻接第二通道结构54的第二双极板50以及第二网箔46和阴极催化剂层44的组合之间。第二网箔46和阴极催化剂层44的组合在质子交换膜30的第二膜表面32上邻接。阴极催化剂层44和阴极多孔传输层42可以彼此平行或基本上彼此平行。
根据一个实施方案，导电的第一网箔26堆叠在阳极催化剂层24上，该阳极催化剂层24产生第一覆盖区域，在该第一覆盖区域中，第一网箔的表面覆盖并接触阳极催化剂层的表面。以这种方式，第一网箔在阳极催化剂层的区域之间提供横向分流，在使用电解器1的过程中，该横向分流可以向阳极催化剂层的所有分流区域提供电流(将电子移到外部电流源，这里未示出)。通过横向分流，区域之间的阳极催化剂层中的中断/间断被连接并且阳极催化剂层的有效面积被扩大。
类似地，根据一个实施方案，导电的第二网箔46堆叠在阴极催化剂层44上，其产生第二覆盖区域，其中第二网箔的表面覆盖并接触阴极催化剂层的表面。同样，第二网箔在阴极催化剂层的区域之间提供横向分流，在使用电解器1的过程中，该横向分流可以向阴极催化剂层的所有分流区域提供电流。阴极催化剂层的有效活性面积以与上文解释的阳极催化剂层相同的方式增大。
参考图3A和3B进一步讨论导电网箔26；46的布置，以及在多孔传输层22；42和质子交换膜30之间的相关的催化剂层24；44。
图2示意性地示出了用于根据本发明实施方案的基于质子交换膜的电解器的导电网箔的平面图。所示的导电网箔可以与阴极催化剂层和阳极催化剂层一起使用。
网箔26；46是导电箔，通常由选自金(Au)，银(Ag)，铬(Cr)，铌(Nb)，锆(Zr)和钽(Ta)，钒(V)，铪(Hf)的金属制成，并且通常是阀金属。此外，金属可以选自铂族(钌，铑，钯，锇，铱和铂)。
或者，网箔可以由选自导电氧化物，氮化物，硼化物和碳化物组的导电化合物制成，包括氮化钛(TiN)，氮化铌(NbN)，碳化钛(TiC)，碳化钨(WC)，二硼化钛(TiB2)。此外，该网可以由低成本的基础材料制成，例如不锈钢(SS)，并且涂覆有一种或多种阀金属及其衍生物。
应当理解，网箔可以另外由与电解过程相容的其它金属或金属化合物制成。
根据一个实施方案，网箔的表面可以另外配置或能够传导质子。
根据一个实施方案，网箔具有如图2中示意性示出的布局。在图2中，作为一个例子，示出了具有正交网孔分布的二维网孔阵列。
网箔26；46是具有由多个网孔61形成的网的箔，在网孔之间具有间隔62。网孔优选排列成阵列，使得孔和间距都对齐。这种阵列例如是网孔的二维阵列，孔的尺寸为1-30μm，具有约500-3000行/英寸(196行/cm-1181行/cm)的间隔62的密度。通过使用这种相对较小的间隔，在催化剂层上实现了网箔的覆盖，这桥接了相当或更大尺寸的催化剂层中的任何中断/间断，并相应地增加了催化剂层的有效活性面积。
根据另一个实施方案，网箔26；46设置有约0.5-约30μm、优选地约1-约30μm、更优选地约1-约20μm、更优选地约5-约10μm或约0.5-约10μm的网孔61。网箔26；46在相邻网孔61之间的行62的宽度可以为约1至约10μm。网中任何两个相邻网孔之间的距离可以为约1至约10μm。
根据一个实施方案，网箔26；46的厚度为约50nm-约25μm，并且优选地1至3μm。
在一个实施方案中，孔沿着两个正交方向分布，每个正交方向具有1000行/英寸(392行/cm)，每个孔具有约18μm的宽度64，具有约7μm的行间隔(行宽62)。
在替代实施方案中，孔沿着两个正交方向分布，其中2000行/英寸(788行/cm)，每个开口具有约8μm的宽度64，且行间隔(行宽62)为约5μm。
图3A,3B示意性地示出了根据本发明实施方案的基于质子交换膜的电解器的层的布置。
可以以替代的方式实现网箔以及在多孔传输层22；42和质子交换膜30之间的催化剂层24；44。电解器可以包括1,2,3或4个网箔。网箔26；46中的一个或两个可以布置在多孔传输层22；42和催化剂层24；44之间。在这种情况下，催化剂层24；44可以直接设置在质子交换膜30的表面上。网箔26；46中的一个或两个可以设置在催化剂层24；44和多孔传输层22之间。在这种情况下，一个或两个网箔26；46可以直接设置在质子交换膜30的表面上。
如图3A所示，网箔26；46设置在多孔传输层22；42和催化剂层24；44之间。催化剂层24；44直接设置在质子交换膜30的表面上。
图3B示意性地示出了其中网箔26；46直接设置在质子交换膜30的表面上，以及催化剂层24；44设置在多孔传输层22；42和网箔26；46之间的可选布置。
如图3A所示的构造具有另外的优点，即由薄金属箔构成的网箔结构相应地具有相对高的柔性，其中箔材料的刚度小于PTL材料的刚度，换句话说，箔比PTL更柔性和更有延展性。由于柔性的这种差异，网箔可以符合PTL的粗糙度，从而增加了接触点的尺寸和数量。这反过来将导致接触电阻和欧姆损耗的进一步降低，同时PEMWE效率的整体提高。此外，在多孔传输层22；42和催化剂层24；44之间的网26；46在膜30上形成保护层。
图3B中所示的配置具有另外的优点，即它可以使用超薄膜(<50微米)来产生，以降低PEMWE电池中的总体欧姆电阻并显著提高效率。
网箔和催化剂层在阴极侧上的布置可以与网箔和催化剂层在阳极侧上的布置相同：或者催化剂层直接在质子交换膜上，或者网箔直接在质子交换膜上。还可以想到，网箔和催化剂层在阴极侧上的布置与网箔和催化剂层在阳极侧上的布置相反。
注意，在另一个实施方案中，阴极侧和/或阳极侧上的催化剂层夹在两个平行的网箔之间。网箔中的一个直接布置在质子交换膜上，而两个网箔中的另一个在催化剂层和多孔传输层之间。
在一些实施方案中，网箔具有比相邻催化剂层大的电子传导率值，例如大至少约25％。
图4示出了通过根据一个实施方案的基于质子交换膜的电解器和根据现有技术的基于质子交换膜的电解器进行水电解的实验极化曲线。
根据本发明的实施方案的基于质子交换膜的电解器配备有金网箔(一个在阴极，一个在阳极)，每英寸1000行(392行/cm)，网孔具有18μm的宽度和7μm的线宽。基于质子交换膜的电解器的活性面积为10cm2。使用铱作为阳极(2.5mg/cm2)。使用铂作为阴极(0.5mg/cm2)。质子交换膜由‘Nafion 117’制成。
使用BekaertTi布作为多孔传输层。
现有技术的基于质子交换膜的电解器具有相同的活性面积，具有相同的阳极和阴极的面密度。膜也由‘Nafion 117’制成。使用相同的多孔传输层Ti布。’
使用具有中性pH的水作为来源。电解反应在每个电解器中在60℃下进行。
在图4中，极化曲线示出了作为电流密度(即电流除以电极面积)的函数的阴极和阳极之间的电势差。现有技术电解器电池的极化曲线70由携带十字的线表示。根据本发明的基于质子交换膜的电解器电池的极化曲线72由携带圆的线表示。
可以看出，现有技术电解器电池的极化曲线70高于根据本发明的基于质子交换膜的电解器电池的极化曲线72：在相同的电流密度下，现有技术电解器的阴极和阳极之间的电势差更大。对于配备有网箔的电池，产生特定电流密度(对应于氢气产生速率)所需的电势U(伏特)比现有技术的电池低。这又意味着更低的电功率消耗和更高的效率。
图5示出了用于通过根据实施方案的基于质子交换膜的电解器和根据现有技术的基于质子交换膜的电解器进行水电解的实验电化学阻抗谱(EIS)图。
在图5中，EIS曲线示出了在复杂平面中的相应电解器电池的电阻抗。现有技术电解器电池的EIS曲线80由携带十字的线表示。根据本发明的基于质子交换膜的电解池的EIS曲线82由携带圆圈的线表示。
EIS测量在与以上参考图4描述的相同的实验条件下进行。
在图5中，实部Re(z)轴在高频(由箭头84和86指示)处的截距表示“高频电阻”，其需要最小化以获得更好的导电性和效率。如图所示，在60℃,1.7V的电池温度下，根据本发明的电解器具有HFR＝0.024欧姆(箭头84)，并且现有技术的电解器具有HFR＝0.0276欧姆(箭头86)。此外，在利用根据本发明的网格时，低频电阻(LFR)从0.033欧姆(箭头87)下降到0.0285欧姆(箭头88)。
虽然在前面的说明书中已经提到了与水分离相关的电解方法，但是电解和电解器不限于水分离方法，而是也可以与本领域技术人员已知的各种电化学方法相关地使用，例如二氧化碳(CO2)还原，氨(NH3)产生和过氧化氢(H2O2)产生。
此外，应注意，根据上述实施方案的电解器的实验数据仅是用于说明本发明的示例。
在不脱离本发明的基本特征的情况下，本发明可以以其它特定的形式实施。所描述的实施方案在所有方面都被认为仅仅是说明性的，而不是对本发明概念的限制。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是前面的描述来指示。对于本领域技术人员显而易见的是，可以设想本发明的替换和等效实施方案并将其简化为实践。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使电解槽的特定结构或材料适应本发明的教导。
在权利要求的等同物的含义和范围内的所有修改都包含在它们的范围内。

Claims (14)

1.基于质子交换膜的电解器，其包括阳极部分、阴极部分和质子交换膜；
设置在所述膜的第一表面侧的阳极部分和设置在所述膜的第二相对表面侧的阴极部分；
所述阳极部分包括阳极催化剂层和阳极多孔传输层；所述阳极催化剂层设置在所述阳极多孔传输层和所述第一表面侧之间，
所述阴极部分包括阴极催化剂层和阴极多孔传输层；所述阴极催化剂层设置在所述阴极多孔传输层和所述第二表面侧之间，
其中所述电解器包括导电的第一网箔和/或导电的第二网箔，
所述导电的第一网箔堆叠在阳极催化剂层上，使得网箔的表面覆盖第一覆盖区域中的阳极催化剂层的表面，并且在网箔和第一覆盖区域中的阳极催化剂层之间提供第一导电界面；
所述导电的第二网箔堆叠在阴极催化剂层上，使得网箔的表面覆盖第二覆盖区域中的阴极催化剂层的表面，并且在网箔和第二覆盖区域中的阴极催化剂层之间提供第二导电界面，
其中相应的网箔设置在所述阳极催化剂层和所述质子交换膜之间或所述阴极催化剂层和所述质子交换膜之间，或者
相应的网箔设置在阳极催化剂层和多孔传输层之间或阴极催化剂层和多孔传输层之间。
2.根据权利要求1所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述相应的网箔设置有被布置成二维阵列的网孔，在每个相邻的网孔之间具有间隔。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述相应的网箔设置有尺寸为0.5-20μm，优选为0.5-10μm的网孔。
4.根据权利要求2或3所述的基于质子交换膜的电解器，其中在所述相应的网箔中，所述网孔的间隔具有500-3000行/英寸，196行/厘米-1181行/厘米的密度。
5.根据权利要求4所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述相应的网箔在相邻网孔之间的线的宽度为0.5-10μm。
6.根据前述权利要求1-5中任一项所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述相应的网箔能够沿着所述导电界面进行质子传输。
7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述相应的网箔包含至少一层导电材料；
所述导电材料选自：
包含金、银、铬、铌、锆、钽、铪和钒、阀金属的金属组，或
来自铂族的金属组，或
过渡金属的碳化物、氮化物和硼化物或以上的混合物/层的组。
8.根据前述权利要求1-7中任一项所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述网箔具有比所述多孔传输层的电子传导率相对更大的电子传导率。
9.根据前述权利要求1-8中任一项所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述箔材料的刚度小于PTL材料的刚度。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述相应的网箔还包括基底材料层，所述基底材料是导电的或不导电的基底材料，并且所述至少一层导电材料设置在所述基底材料层的表面上。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述相应的网箔还包括基底材料层，所述基底材料是导电的或不导电的基底材料，并且所述基底材料层在其每一个表面上被所述导电材料层覆盖。
12.根据前述权利要求中任一项所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述相应的网箔被设置用于横向分流其上布置有所述网箔的所述催化剂层。
13.根据前述权利要求中任一项所述的基于质子交换膜的电解器，其中所述相应的网箔具有50nm-25μm，更通常为1至10μm的厚度。
14.用于制造基于质子交换膜的电解器的方法，所述电解器包括阳极部分、阴极部分和质子交换膜，所述阳极部分设置在膜的第一表面侧以及所述阴极部分设置在膜的第二相对表面侧；
所述方法包括：
在阳极部分中提供阳极催化剂层和阳极多孔传输层，同时在阳极多孔传输层和第一表面侧之间设置所述阳极催化剂层；
在阴极部分中提供阴极催化剂层和阴极多孔传输层，同时在阴极多孔传输层和第二表面侧之间设置阴极催化剂层，
其中所述方法还包括：
在阳极部分的侧面提供导电的第一网箔，并将所述导电的第一网箔堆叠在阳极催化剂层上，使得形成网箔的表面和阳极催化剂层的表面之间的第一重叠，跨所述第一重叠具有网箔和阳极催化剂层之间的第一导电界面，其中导电的第一网箔设置在阳极催化剂层和质子交换膜之间或阳极催化剂层和多孔传输层之间，和/或
在所述阴极部分的侧面提供导电的第二网箔，并将所述导电的第二网箔堆叠在所述阴极催化剂层上，使得在所述网箔的表面和所述阴极催化剂层的表面之间形成第二重叠，跨所述第二重叠具有在所述网箔和所述阴极催化剂层之间形成的第二导电界面，
其中所述导电的第二网箔设置在所述阴极催化剂层与所述质子交换膜之间或所述阴极催化剂层与所述多孔传输层之间。
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