CN118235272A - 包括线性多孔二氧化硅纳米粒子的用于燃料电池的膜-电极组件、和包括该组件的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于燃料电池的膜‑电极组件和包括该膜‑电极组件的燃料电池，更具体地，涉及一种用于燃料电池的膜‑电极组件和包括该膜‑电极组件的燃料电池，所述用于燃料电池的膜‑电极组件在催化剂层中包括线性多孔二氧化硅，由此提高燃料电池在低湿度环境中的性能。

Description

包括线性多孔二氧化硅纳米粒子的用于燃料电池的膜-电极 组件、和包括该组件的燃料电池

技术领域

本公开涉及一种用于燃料电池的膜-电极组件，该膜-电极组件在低加湿环境中具有改善的性能。

背景技术

燃料电池是包括将烃类燃料材料如甲醇、乙醇和天然气中包含的氢气与氧气的氧化/还原反应的化学能直接转化为电能的发电系统的电池，并且由于其高能量效率和低污染物排放的环境友好特性，作为可替代化石能源的下一代清洁能源而备受关注。

由于这种燃料电池具有能够通过堆叠单元电池的堆叠体配置来产生广泛输出的优势，并且具有是小型锂电池的4至10倍的能量密度，因此，它们作为小型、可移动的便携式电源正在受到关注。

在燃料电池中实际发电的堆叠体具有其中堆叠有数个至数十个由膜电极组件(MEA)和隔膜(也称为双极板)组成的单元电池的结构，并且膜-电极组件通常具有其中氧化电极(阳极或燃料电极)和还原电极(阴极或空气电极)以电解质膜位于它们之间的状态在电解质膜的两侧形成的结构。

根据电解质的状态和类型，燃料电池可以分为碱性电解质燃料电池和聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)等，其中聚合物电解质膜燃料电池由于其优势，如低于100℃的低工作温度、快速启动和响应特性、优异的耐久性等，作为便携式、汽车用和家用电源设备而备受关注。

聚合物电解质膜燃料电池的代表性实例可以包括使用氢气作为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)，和使用液体甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)。

总结在聚合物电解质膜燃料电池中发生的反应，首先，当燃料如氢气被供应至氧化电极时，通过氢气的氧化反应在氧化电极处产生氢离子(H⁺)和电子(e^-)。产生的氢离子通过聚合物电解质膜转移至还原电极，产生的电子通过外部电路转移至还原电极。从还原电极供应氧气，并且氧气与氢离子和电子结合，以通过氧的还原反应生成水。

同时，为了将燃料电池应用于燃料电池车辆(FCV)，燃料电池系统的小型化是必要的，为此，需要开发一种能够表现出优异的每单位面积的功率密度的膜-电极组件(MEA)，并且需要增加特别是用于FCV的实际运行的MEA催化剂层的耐久性。

发明内容

技术问题

本公开的一个目的是提供一种在低加湿环境中具有改善的性能和耐久性的膜-电极组件。

本公开的另一目的是通过应用所述膜-电极组件结构提供一种在低加湿环境中具有改善的性能和耐久性的燃料电池。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的一个实施方案的用于燃料电池的膜-电极组件包括：包含线性多孔二氧化硅的第一催化剂层；和聚合物电解质膜。

所述线性多孔二氧化硅的孔隙可以包括二氧化硅纳米管和多孔二氧化硅纳米线中的一种或多种形式。

所述线性多孔二氧化硅可以具有30nm至3,000nm的长度。

所述线性多孔二氧化硅可以具有10nm至200nm的直径。

基于所述第一催化剂层的总重量，所述第一催化剂层中的线性多孔二氧化硅的含量可以为1重量％至20重量％。

基于所述第一催化剂层的总重量，所述第一催化剂层可以包含34重量％至40重量％的离聚物。

所述第一催化剂层可以具有0.2μm至5μm的厚度。

所述第一催化剂层可以位于所述聚合物电解质膜与不包含或包含较少量的线性多孔二氧化硅的第二催化剂层之间。

所述第一催化剂层的离聚物含量可以大于所述第二催化剂层的离聚物含量。

根据本公开的另一实施方案的燃料电池包括用于燃料电池的膜-电极组件。

有益效果

本公开的膜-电极组件通过在催化剂层中包含具有大比表面积的线性多孔二氧化硅纳米粒子，可以解决由于电解质膜在低加湿环境中干燥而发生的离子电导率降低问题，使得催化剂层可以有效地包含从电解质膜排出的水分。

附图说明

图1是示出线性多孔二氧化硅的形态的各种概念图的图。

图2是示意性地示出其中线性多孔二氧化硅包含在第一催化剂层中的结构的图。

图3是示出燃料电池的整体结构的示意图。

图4是用透射电子显微镜(TEM)拍摄的本公开的实施例中使用的线性多孔二氧化硅的照片。

图5示出了通过本公开的实施例和比较例制造的膜-电极组件(MEA)的低湿度性能评价结果。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施方案，使得本公开所属领域的技术人员能够容易地实现本公开。然而，本公开可以以多种不同的形式实现，并且不限于本文中描述的实施方案。

根据本公开的一个方面的燃料电池膜-电极组件的特征在于，在催化剂层中包含线性多孔二氧化硅。包含线性多孔二氧化硅的催化剂层可以仅形成在聚合物电解质膜的一个表面上，但是包含线性多孔二氧化硅的催化剂层也可以形成在其两个表面上。

线性多孔二氧化硅的孔隙可以包括，例如，二氧化硅纳米管和多孔二氧化硅纳米线中的一种或多种形式。图1示出了可以在线性多孔二氧化硅中形成的孔隙的形状的几个具体实例。图1(a)示出了线性微孔二氧化硅纳米线作为多孔二氧化硅纳米线的一个具体实例，示出了与线性结构相比，孔隙可以形成地非常小。即使形成微孔，二氧化硅的比表面积也可以比没有孔隙的情况提高。图1(b)是二氧化硅纳米管的一个具体实例，概念性地示出了在线性方向上形成大的管状孔。图1(c)是多孔二氧化硅纳米线的一个具体实例，示出了其中垂直于线性方向形成小孔隙的水平孔隙结构，并且孔隙不必局限于所述孔隙形状，而是也可以使其在线性二氧化硅的表面上表现出凹凸形状。图1(d)是多孔二氧化硅纳米线的一个具体实例，并且概念性地示出了在线性二氧化硅中不规则地(随机地)形成孔隙，并且其示例可以包括线性介孔二氧化硅纳米线或线性大孔二氧化硅纳米线。图1(e)是多孔二氧化硅纳米线的一个具体实例，示出了其中在线性二氧化硅中沿线性方向形成数个细长孔的垂直孔隙结构。然而，本公开的线性多孔二氧化硅的孔隙形状不限于上面实例，并且不限于孔隙形状，只要其可以扩大线性二氧化硅的比表面积即可。

包含线性多孔二氧化硅的催化剂层被设置为与电解质膜接触，使得可以通过二氧化硅的大比表面积而有效地包含水分，从而抑制水分从聚合物电解质膜蒸发，并且可以通过使聚合物电解质膜和催化剂层能够在低加湿环境中保持适当的湿度，从而帮助催化剂层保持优异的离子电导率。

线性多孔二氧化硅可以优选具有30nm至3,000nm、100nm至2,500nm、200nm至2,000nm或500nm至1,500nm的长度。如果多孔二氧化硅的长度大于3,000nm，则会发生的问题是，由于不参与催化剂层中的化学反应的二氧化硅而引起催化剂层中的催化剂和离聚物不均匀地分散和排布，以及由于含量减少而引起催化剂层的化学反应效率降低。此外，由于如果多孔二氧化硅的长度小于上述范围，则在二氧化硅中不能充分形成孔隙，因此，会出现多孔二氧化硅的含水效果不显著的问题。

线性多孔二氧化硅优选具有10nm至200nm、50nm至150nm或70nm至120nm的直径。如果线性多孔二氧化硅的直径小于10nm，则由于直径过小，由二氧化硅的多孔特性而提高比表面积的效果会不显著，并且如果线性多孔二氧化硅的直径大于200nm，则二氧化硅会极大地干扰催化剂层中的催化反应和离聚物的移动，使得会发生燃料电池的效率大大降低的问题。

可以使用常规的多孔二氧化硅制备方法制备线性多孔二氧化硅。然而，为了使线性多孔二氧化硅成为线性形状，例如，可以使用阳极氧化铝(AAO)膜作为模具。例如，线性多孔二氧化硅可以通过如下方式制备：用包含成孔剂如表面活性剂和包含硅的二氧化硅前体的溶液填充AAO膜的孔隙，进行水解和缩合反应，然后煅烧。二氧化硅前体可以包括原硅酸四甲酯、原硅酸四乙酯、原硅酸四丙酯、原硅酸四丁酯或它们的混合物，但不限于此。表面活性剂可以包括十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、多元醇、乙醇、聚山梨醇酯20(或吐温20)、聚山梨醇酯80(吐温80)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基三甲基溴化铵(DoTAB)、癸基三甲基溴化铵(DeTAB)，聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)(PluronicP123)、聚(乙二醇)-聚(丙二醇)-聚(乙二醇)(Pluronic F127)或它们的混合物，但不限于此。水解、缩合和煅烧条件可以由本领域技术人员考虑反应条件和状态从常规条件中适当地选择。

图2简要地示出了本公开的用于燃料电池的膜-电极组件100的一个实施方案的结构。参照图2，优选地，线性多孔二氧化硅1均匀地分布在第一催化剂层11内。各个线性多孔二氧化硅可以间隔地分布，但是两个或更多个线性多孔二氧化硅1也可以以部分重叠的状态分布在第一催化剂层11内。

线性多孔二氧化硅可以帮助在低加湿环境中保持膜-电极组件内的湿润环境，但是其不直接参与催化剂层的氧化还原反应或不直接参与氢离子传导，因此，重要的是线性多孔二氧化硅以适当比例被包含。具体地，基于第一催化剂层的总重量，优选地线性多孔二氧化硅以1重量％至20重量％的量包含在第一催化剂层中，当线性多孔二氧化硅以小于1重量％的量包含在第一催化剂层中时，由于多孔二氧化硅而保持湿润环境的效果会不显著，当线性多孔二氧化硅以大于20重量％的量包含在第一催化剂层中时，由催化剂层中的催化剂引起的氧化-还原反应不会充分发生，使得燃料电池效率会降低。

包含线性多孔二氧化硅的第一催化剂层包含离聚物，并且为了氢离子的顺利传导，优选地，第一催化剂层与不包含常规多孔二氧化硅的催化剂层的情况相比包含更多的离聚物。具体地，基于第一催化剂层的总重量，第一催化剂层的离聚物含量优选以34重量％至40重量％的量被包含。如果第一催化剂层中的离聚物含量高于上述范围，则会抑制向铂催化剂活性位点的燃料供应，如果第一催化剂层中的离聚物含量太低，则会阻碍催化剂层的离子迁移能力。

所述离聚物可以包括选自氟类离聚物和烃类离聚物中的一种或多种类型的离聚物。烃类离聚物可以包括所有公知的烃类聚合物，例如，聚(亚芳基醚)(SPAE)、聚(亚芳基硫醚)(SPAS)、聚酰亚胺(SPI)、聚苯并咪唑(PBI)、聚亚苯基(PP)和聚醚醚酮(PEEK)的磺化衍生物。此外，氟类离聚物可以包括所有公知的氟类聚合物，例如，全氟磺酸、聚偏二氟乙烯、六氟丙烯、三氟乙烯、聚四氟乙烯或它们的共聚物之一。

然而，与线性多孔二氧化硅一起包含在催化剂层中的离聚物优选地包括当量重量(EW)为600至1,200的离聚物，用于催化剂层的有效离子电导率。

优选地，包含线性多孔二氧化硅的第一催化剂层具体地具有0.2μm至5μm的厚度。当第一催化剂层的厚度比0.2μm薄时，催化剂层会薄到不能在催化剂层中充分包含线性多孔二氧化硅的程度，并且即使在催化剂层中包含线性多孔二氧化硅，也不能充分产生催化剂层的湿润环境组成(低加湿特性改善)。相反地，当第一催化剂层的厚度大于5μm时，会存在的问题是，与由于包含线性多孔二氧化硅来通过创造湿润环境而提高的燃料电池的效率相比，由于多孔二氧化硅所占据的体积而不发生催化剂的化学反应，因而效率劣化更加严重。

因此，为了进一步提高催化剂层的效率，可以应用如下结构，其中仅使得在与聚合物电解质膜接触的部分中形成包含线性多孔二氧化硅的第一催化剂层，并且另外堆叠不包含多孔二氧化硅或包含较少量多孔二氧化硅的催化剂层。

第一催化剂层可以位于第二催化剂层与聚合物电解质膜之间。此处，第二催化剂层不包含或少量包含线性多孔二氧化硅，并且从电池性能的观点出发，更优选地第二催化剂层不包含或几乎不包含线性多孔二氧化硅。如果第二催化剂层包含线性多孔二氧化硅，则线性多孔二氧化硅的含量应当小于第一催化剂层中的含量，并且其可以比第一催化剂层小1重量％以上，例如，1重量％至20重量％，具体地5重量％以上，更具体地10重量％以上。图2示出了本公开的一个实施方案，并且简要地示出了膜-电极组件100，其中，第一催化剂层11形成在聚合物电解质膜20的一个表面上，并且形成具有多层结构的催化剂层10，其中，在第一催化剂层11上堆叠有不包含或包含较少量的线性多孔二氧化硅的第二催化剂层12。图2公开了仅在一个表面上形成包括第一催化剂层11的催化剂层10，但是可以在聚合物电解质膜的两个表面上形成多个催化剂层，并且包括第一催化剂层11的催化剂层10可以是阴极电极或阳极电极，但是没有特别的限制。

由于线性多孔二氧化硅，催化剂层内的氢离子传导路径可以更长，并且为了在第一催化剂层与第二催化剂层之间顺利地发生氢离子传导，优选地，催化剂层10中的第一催化剂层11的离聚物含量大于第二催化剂层12的离聚物含量，但是本公开不限于此。

催化剂层包含催化剂。作为催化剂，可以使用参与电池的反应并且通常可以用作燃料电池中的催化剂的任意催化剂。具体地，可以优选使用铂类金属。

铂类金属可以包括，例如，选自铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)、锇(Os)、铂-M合金(其中M是选自钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)、锇(Os)、镓(Ga)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锌(Zn)、锡(Sn)、钼(Mo)、钨(W)、镧(La)和铑(Rh)中的一种或多种)、非铂合金和它们的组合中的一种。更优选地，铂类金属可以包括选自上述铂类催化剂金属组中的两种或更多种金属的组合，但不限于此，并且可以使用可以用于本技术领域中的任意铂类催化剂金属而没有限制。

具体地，铂合金可以包括选自Pt-Pd、Pt-Sn、Pt-Mo、Pt-Cr、Pt-W、Pt-Ru、Pt-Co、Pt-Y、Pt-Ru-W、Pt-Ru-Mo、Pt-Ru-Rh-Ni、Pt-Ru-Sn-W、Pt-Co、Pt-Co-Ni、Pt-Co-Fe、Pt-Co-Ir、Pt-Co-S、Pt-Co-P、Pt-Fe、Pt-Fe-Ir、Pt-Fe-S、Pt-Fe-P、Pt-Au-Co、Pt-Au-Fe、Pt-Au-Ni、Pt-Ni、Pt-Ni-Ir、Pt-Cr、Pt-Cr-Ir和它们的组合中的一种或者两种以上的混合物。

另外，非铂合金可以包括选自Ir-Fe、Ir-Ru、Ir-Os、Co-Fe、Co-Ru、Co-Os、Rh-Fe、Rh-Ru、Rh-Os、Ir-Ru-Fe、Ir-Ru-Os、Rh-Ru-Fe、Rh-Ru-Os和它们的组合中的一种或者两种以上的混合物。

这种催化剂可以作为催化剂本身(black)使用，或者可以通过将其负载在载体上来使用。

载体可以选自碳基载体；多孔无机氧化物如氧化锆、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅和二氧化铈；以及沸石。碳基载体可以选自石墨、Super P、碳纤维、碳片、炭黑、科琴黑、电石黑(Denka black)、乙炔黑、碳纳米管(CNT)、碳球、碳带、富勒烯、活性炭、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米球、碳纳米角、碳纳米笼、碳纳米环、有序纳米/介孔碳、碳气凝胶、介孔碳、石墨烯、稳定碳、活性碳以及它们中的一种或多种的组合，但不限于此，并且可以使用本技术领域中可用的任意载体而没有限制。

催化剂粒子可以位于载体的表面上，或者可以渗透到载体中，同时填充载体的内部孔隙。

当使用负载在载体上的贵金属作为催化剂时，可以使用市售的催化剂，或者也可以通过将贵金属负载在载体上来制造和使用。由于将贵金属负载在载体上的方法是相关领域中公知的内容，即使在本说明书中省略详细描述，其也是本领域技术人员能够容易理解的内容。

基于催化剂层10和30的总重量，催化剂粒子的含量可以为20重量％至80重量％。如果它们的含量小于20重量％，则会存在活性降低的问题，如果它们的含量超过80重量％，由于催化剂粒子的聚集，活性面积会减少，反而降低催化剂的活性。

此外，催化剂层10和30可以包含粘合剂以提高粘合力并转移氢离子。优选使用具有离子电导率的离聚物作为粘合剂，由于对离聚物的描述与上述相同，因此省略重复描述。

然而，离聚物可以单独使用或以混合物的形式使用。另外，其可以任选地与非导电化合物一起使用，以进一步提高与聚合物电解质膜50的粘合力。在使用之前，期望调节其用量以适应使用目的。

非导电化合物可以包括选自聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、乙烯氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)、十二烷基苯磺酸和山梨醇中的一种或多种。

基于催化剂层10和30的总重量，粘合剂的含量可以为20重量％至80重量％。如果粘合剂的含量小于20重量％，则产生的离子不能很好地转移，如果其含量超过80重量％，则由于缺少孔隙而难以供应氢气或氧气(空气)，并且可以进行反应的活性面积会减少。

电极基板可以包括多孔导电基板，使得氢气或氧气可以顺利地供应至电极基板。其代表性实例可以包括碳纸、碳布、碳毡或金属布(由纤维态的金属布制成的多孔膜或在由聚合物纤维制成的布的表面上形成的金属膜)，但不限于此。此外，优选使用经氟类树脂疏水处理的电极基板40和40′，以防止反应物扩散效率因燃料电池运行过程中产生的水而降低。氟类树脂可以包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯、聚全氟烷基乙烯基醚、聚全氟磺酰基氟烷氧基乙烯基醚、氟化乙烯丙烯、聚氯三氟乙烯或它们的共聚物。

此外，可以进一步包括微孔层以提高电极基板中反应物的扩散效果。该微孔层通常可以包含具有小粒径的导电粉末，例如，碳粉、炭黑、乙炔黑、活性炭、碳纤维、富勒烯、碳纳米管、碳纳米线、碳纳米角或碳纳米环。

微孔层通过用包含导电粉末、粘合剂树脂和溶剂的组合物涂覆电极基板来制造。粘合剂树脂可以优选包括聚四氟乙烯、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、聚乙烯醇、醋酸纤维素或它们的共聚物。溶剂可以优选包括诸如乙醇、异丙醇、正丙醇、丁醇等的醇类、水、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃等。

根据组合物的粘度，涂覆方法可以包括丝网印刷法、喷涂法或使用刮刀的涂覆法，但不限于此。

根据本公开的另一实施方案的燃料电池可以包括根据本公开的一个实施方案的膜-电极组件。

图3是示出燃料电池的整体结构的示意图。

参照图3，燃料电池200包括：燃料供应单元210，其供应其中混合有燃料和水的混合燃料；重整单元220，其将混合燃料重整以产生包含氢气的重整气；堆叠体230，从重整单元220供应的包含氢气的重整气在该堆叠体230中与氧化剂引起电化学反应，以产生电能；和氧化剂供应单元240，将氧化剂供应至重整单元220和堆叠体230。

堆叠体230设置有多个单元电池，其通过诱导从重整单元220供应的包含氢气的重整气与从氧化剂供应单元240供应的氧化剂之间的氧化/还原反应来产生电能。

各个单元电池是指产生电力的单元电池，并且包括：膜-电极组件，使包含氢气的重整气和氧化剂中的氧进行氧化/还原；和隔膜(或称为双极板，下文中称为“隔膜”)，用于将包含氢气的重整气和氧化剂供应至膜-电极组件。在膜-电极组件位于中心的状态下，隔膜设置在其两侧。此时，位于堆叠体最外侧的隔膜可以具体被称为端板。

在隔膜中，端板设置有：用于注入从重整单元220供应的包含氢气的重整气的管状第一供应管231；和用于注入氧气的管状第二供应管232，并且另一端板设置有：用于将最终未反应的并保留在多个单元电池中的包含氢气的重整气排出至外部的第一排出管233；和用于将最终未反应的并保留在上述单元电池中的氧化剂排出至外部的第二排出管234。

在燃料电池中，由于除了使用根据本公开的一个实施方案的膜-电极组件100之外，构成发电单元的隔膜、燃料供应单元和氧化剂供应单元均用于常规的燃料电池中，因此，在本说明书中省略了详细描述。

在下文中，将详细描述本公开的实施方案，以便本公开所述领域的技术人员能够容易地实现本公开。然而，本公开可以以许多不同的形式实现，并且不限于本文中描述的实施方案。

[实施例1]

将表面活性剂(CTAB)和二氧化硅前体(TEOS)填充到AAO膜(Whatman)的孔隙中，并在90℃下进行水解和缩合反应2小时。之后，将反应产物在550℃下煅烧3小时，以得到直径为80nm且长度为1,200nm的线性微孔二氧化硅纳米线作为微孔二氧化硅纳米线，如图1(a)中所示。

除了使用包含5重量％的线性微孔二氧化硅纳米线的第一催化剂层和不包含二氧化硅的第二催化剂层制造阴极之外，根据常规制造方法制造膜-电极组件。此时，催化剂层的总厚度为14μm，第一催化剂层的厚度为3μm。使用Nafion作为离聚物，并且使用铂催化剂。

[实施例2]

将PSS纳米粒子(10nm至70nm)和二氧化硅前体(TEOS)填充到AAO膜(Whatman)的孔隙中，并在90℃下进行水解和缩合反应2小时。之后，将反应产物在550℃下煅烧5小时，以得到直径为100nm且长度为1,000nm的线性介孔二氧化硅纳米线作为多孔二氧化硅纳米线，如图1(d)中所示。图4示出了用TEM分析实施例2中使用的线性多孔二氧化硅的结果。参照图4，可以确认具有无序孔的线性多孔二氧化硅形式。

除了使用如上所述制备的线性多孔介孔二氧化硅纳米线之外，以与实施例1相同的方式制造膜-电极组件。

[比较例1]

除了使用球形二氧化硅(二氧化硅纳米球，尺寸50nm)代替二氧化硅纳米线，并且不安装第二催化剂层之外，以与实施例1相同的方式制造膜-电极组件。

[比较例2]

在不使用成孔剂的情况下，仅将二氧化硅前体(TEOS)填充到AAO膜的孔隙中，并在90℃下进行水解和缩合反应2小时，以得到无孔二氧化硅纳米线。

除了使用无孔二氧化硅纳米线之外，以与实施例1相同的方式制造膜-电极组件。

[比较例3]

除了安装包含20重量％的线性多孔介孔二氧化硅纳米线的第二催化剂层之外，以与实施例2相同的方式制造膜-电极组件。

[表1]

[试验例：膜-电极组件性能比较]

评价根据表1中的配置的膜-电极组件在低加湿环境(湿度30％)中的性能并在图5中示出。参照图5，可以确认，在低加湿环境中，测量到实施例1和实施例2的根据电流密度的电压显著高于比较例1和比较例2，特别地，可以确认，包括线性介孔二氧化硅纳米线的实施例2的性能表现出更优异。

尽管上面已经详细描述了本公开的优选实施方案，但是本公开的权利范围不限于此，本领域技术人员利用在所附权利要求书中限定的本公开的基本概念的各种修改和改进形式也落入本公开的权利范围内。

[附图标记的说明]

100：膜-电极组件

1：线性多孔二氧化硅

10、30：电极

11：第一催化剂层 12：第二催化剂层

20：聚合物电解质膜

200：燃料电池 210：燃料供应单元

220：重整单元 230：堆叠体

231：第一供应管 232：第二供应管

233：第一排出管 234：第二排出管

240：氧化剂供应单元

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的膜-电极组件，包括：

包含线性多孔二氧化硅的第一催化剂层；和

聚合物电解质膜。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述线性多孔二氧化硅的孔隙包括二氧化硅纳米管和多孔二氧化硅纳米线中的一种或多种形式。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述线性多孔二氧化硅的长度为30nm至3,000nm。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述线性多孔二氧化硅的直径为10nm至200nm。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，基于所述第一催化剂层的总重量，所述第一催化剂层中的线性多孔二氧化硅的含量为1重量％至20重量％。

6.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，基于所述第一催化剂层的总重量，所述第一催化剂层包含34重量％至40重量％的离聚物。

7.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述第一催化剂层的厚度为0.2μm至5μm。

8.根据权利要求1所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述第一催化剂层位于所述聚合物电解质膜与不包含或包含较少量的线性多孔二氧化硅的第二催化剂层之间。

9.根据权利要求8所述的用于燃料电池的膜-电极组件，其中，所述第一催化剂层的离聚物含量大于所述第二催化剂层的离聚物含量。

10.一种燃料电池，包括根据权利要求1至9中任一项所述的用于燃料电池的膜-电极组件。