CN1937292A - 膜电极组件和包括它的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于燃料电池的膜电极组件，及包括该膜电极组件的燃料电池，所述膜电极组件通过在电极内的催化剂层和燃料扩散层之间包括集电体来缩短电子迁移距离而使电阻达到最小，并且通过在集电体与催化剂层之间包括导电的集电体保护层而防止集电体腐蚀，该集电体腐蚀是由于集电体与催化剂层中的催化剂之间的直接接触而引起的，所述燃料电池能够长期稳定地具有恒定的性能，并且由于低电阻而具有优异的效率。

Description

膜电极组件和包括它的燃料电池系统
技术领域
本发明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，具体地，本发明涉及一种用于燃料电池的膜电极组件，及包括该膜电极组件的燃料电池，所述膜电极组件通过在电极内的催化剂层和燃料扩散层之间布置集电体，缩短电子迁移距离，使电阻最小化，并且通过在集电体与催化剂层之间布置导电的集电体保护层，防止因集电体与催化剂层中的催化剂之间的直接接触而引起的集电体腐蚀。
背景技术
便携式电子设备和无线电通讯设备普及率的增加，已经引起对于作为便携式电源和清洁能源的发电燃料电池的开发产生了更多的兴趣和正在进行的研究。
燃料电池为一种新型的发电系统，其将在燃料气体(氢或甲醇)和氧化剂(氧或空气)之间的反应中产生的电化学能直接转化成电能。根据所采用的电解质的种类，燃料电池分为磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池，聚合物电解质燃料电池和碱性燃料电池。这些燃料电池按照基本上相同的原理运行，但是它们的区别在于所采用的燃料的类型、工作温度、所采用的催化剂、所采用的电解质等。
聚合物电解质燃料电池可以进一步分为利用氢气作为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)，利用液体甲醇作为提供给阳极的直接燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)等。
具体地，由于DMFC可以在室温下运行并且可以很容易地通过完美的密封而小型化，所以这种类型的燃料电池可以用作各种应用如无污染的电动汽车、家用发电系统、移动通信设备、医疗设备、军事装备、空间设备、便携式电子设备等中的电源。
在DMFC中，在阳极发生甲醇氧化反应，由此产生的质子和电子迁移至阴极。该迁移至阴极的质子与氧结合，因而被氧化，由质子氧化产生的电动势充当DMFC的能源。在这个过程中于阳极和阴极发生的反应如下：
阳极：      CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-     Ea＝0.04V
阴极：      3/2O2+6H++6e-→3H2O        Ec＝1.23V
总反应：    CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O      E电池＝1.19V
本发明涉及一种膜电极组件(MEA)，其中当催化剂层中产生的电子迁移至集电体时电阻减小，同时有效地除去在阳极产生的CO2并向阴极提供空气。
根据本发明实施方案的MEA可用于其中燃料(甲醇和空气)的供给需要外部燃料给料装置如泵或压缩机等的主动型燃料电池系统，以及用于其中燃料自发地供给而无需任何额外的外部传输装置的被动型燃料电池系统，及作为主导型和被动型燃料电池系统之间的中间型的半被动型燃料电池系统。根据本发明实施方案的燃料电池可以用作小型便携式电子设备的电源。
燃料电池系统分为堆叠型燃料电池系统，其中几个至几十个单元电池堆叠在一起，该单元电池各自由作为基本发电元件的MEA和也称为双极板的隔板组成；及单极型燃料电池系统，其中许多单元电池串联在单片电解质膜上。包括单极型MEA的燃料电池具有非常小的厚度和体积，因而单极型MEA令用于便携式用途的小型DMFC产生。
MEA通常包括夹在阳极(也称作燃料电极或氧化电极)和阴极(也称作空气电极或还原电极)之间的聚合物电解质膜。
具体地，电解质膜置于两电极(阴极和阳极)的中心，各个电极包括催化剂层、燃料扩散层和支撑层。在常规燃料电池中，收集电极上产生的电流并将电流输送至外电路的集电体，布置在支撑层的外侧。
然而，因为将集电体远离催化剂层和扩散层布置，所以这会导致集电体和电极之间的接触电阻增加，以及伴随着催化剂层中产生的电子经过燃料扩散层和支撑层迁移至集电体的电阻的增加，并且会导致燃料电池效率降低。
而且，为了使催化剂层中产生的电流输送至集电体，扩散层和支撑层都应该采用导电性材料，因而对材料的选择产生限制，而这种限制直接与燃料电池受限的性能相关。
发明内容
本发明提供一种膜电极组件，其中通过在电极内的催化剂层和燃料扩散层之间布置集电体来缩短电子迁移距离而使电阻达到最小，并且其中通过在集电体与催化剂层之间布置导电的集电体保护层，防止因集电体与催化剂层中的催化剂之间的直接接触而引起的集电体腐蚀。
本发明还提供一种包括所述膜电极组件的燃料电池。
根据本发明的一个方面，提供一种电解质膜电极组件，包括：电解质膜；分别布置在电解质膜两侧的阳极催化剂层和阴极催化剂层；分别布置在阳极催化剂层和阴极催化剂层上的阳极集电体保护层和阴极集电体保护层；分别布置在阳极集电体保护层和阴极集电体保护层上的阳极集电体和阴极集电体；及分别布置在阳极集电体和阴极集电体上的阳极燃料扩散层和阴极燃料扩散层。
附图说明
通过参照附图详述其示例性实施方案，本发明的上述及其它特征和优点将变得更加显而易见，附图中：
图1为常规膜电极组件的剖视图；
图2为根据本发明实施方案的膜电极组件的剖视图；
图3为实施例1和2及对比例1和2的燃料电池的性能试验结果示意图；
图4为实施例1和对比例1的燃料电池的性能试验结果示意图；及
图5为实施例1和对比例1的燃料电池的性能试验结果示意图。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述本发明，附图中图示了本发明的示例性实施方案。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并不应该理解为限于本文中所提出的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使公开全面和完整，并且将向本领域的技术人员充分传达本发明的构思。
图1为常规膜电极组件的剖视图，图2为根据本发明实施方案的膜电极组件的剖视图。
图1所示的常规膜电极组件包括在其中心的电解质膜10，布置在该电解质膜一侧的阳极催化剂层22和布置在电解质膜另一侧的阴极催化剂层24，以及分别布置在阳极催化剂层22和阴极催化剂层24上的阳极燃料扩散层42和阴极燃料扩散层44。而且，阳极层52和阴极层54分别布置在阳极燃料扩散层42和阴极燃料扩散层44上，阳极集电体36和阴极集电体38分别布置在阳极层52和阴极层54上。
因此，为了使得电极21和22与集电体36和38之间进行电流交换，介于其间的燃料扩散层42和44以及支撑层52和54都应该是导电的，而且，不得不分别穿过燃料扩散层42和44以及支撑层52和54的催化剂层22和24中产生的电子，促使电阻增加。
同时，图2所示的根据本发明实施方案的膜电极组件包括在其中心的电解质膜10，布置在电解质膜10一侧的阳极催化剂层22和在电解质膜另一侧的阴极催化剂层24，及分别布置在阳极催化剂层22和阴极催化剂层24上的阳极集电体保护层32和阴极集电体保护层34。阳极集电体36和阴极集电体38分别布置在阳极集电体保护层32和阴极集电体保护层34上，并且阳极燃料扩散层42和阴极燃料扩散层44可以分别布置在阳极集电体36和阴极集电体38上。
在根据本发明实施方案的膜电极组件中，形成于催化剂层和集电体之间的集电体保护层防止由催化剂层与集电体之间的直接接触引起的集电体的腐蚀，还防止当把集电体与催化剂层结合在一起时由集电体引起的对于催化剂层的物理损坏。
而且，当采用对集电体具有优异的附着力的集电体保护层时，能够降低由于集电体与催化剂层之间接触不良引起的电阻，并且在催化剂层中产生的电流不穿过燃料扩散层，而以最小的电阻聚集在集电体中。
另外，燃料扩散层形成于集电体上允许燃料扩散层由包括导电性材料和非导电性材料在内的多种材料构成。
根据本发明实施方案的集电体保护层可以由任何具有导电性的材料，例如多孔的导电性材料构成。
用于集电体的材料可以为碳质材料，可能包括导电聚合物或导电金属，但是不具体限于此。
碳质材料可以选自粉末碳，石墨，炭黑，乙炔黑，活性炭，碳纳米管，碳纳米纤维，碳纳米线，碳纳米角，碳纳米环，及富勒烯(C60)。
导电聚合物可以为聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩，或者它们的混合物。
导电金属为具有1S/cm或更大的电导率的金属，可以为金(Au)，银(Ag)，铝(Al)，镍(Ni)，铜(Cu)，铂(Pt)，钛(Ti)，锰(Mn)，锌(Zn)，铁(Fe)，锡(Sn)，或者这些金属的合金。
集电体保护层可以包括多孔性材料，以便充当催化剂层的支撑层，允许燃料如甲醇、水和氧有效地传送至催化剂，及允许产品如CO2和水顺利地排出系统。
多孔性材料的孔隙可以具有几十至几百微米的平均直径，其使得燃料和产品容易传送，并且可以具有10～90％的孔隙率。
当孔隙率低于10％时，燃料的气体扩散不会令人满意，或者所产生的CO2的排出会减少。当孔隙率大于90％时，集电体保护层的力学强度会非常低。
集电体保护层的厚度可以为10～500μm。如果集电体保护层的厚度低于10μm，则集电体保护层会具有不充分的机械强度，因而集电体和催化剂层分离得不完全。如果集电体保护层的厚度大于500μm，则电阻会非常高，并且膜电极组件过厚。
集电体保护层可以利用常规方法形成。例如，在上述具有多孔结构的集电体保护层上，可以通过喷涂或丝网印刷涂布催化剂浆料，在高温和高压条件下，按照阴极集电体/涂有阴极催化剂的阴极集电体保护层/电解质膜/涂有阳极催化剂的阳极集电体保护层/阳极集电体的顺序，使各层与催化剂浆料结合。作为选择，阳极催化剂层和阴极催化剂层独立地形成于电解质膜的另一例，然后在高温和高压条件下，按照阴极集电体/阴极集电体保护层/阴极催化剂层/电解质膜/阳极催化剂层/阳极集电体保护层/阳极集电体的顺序，使各层与催化剂层结合。
依据所要制备的催化剂层是要用于阳极或是要用于阴极，催化剂浆料可以具有不同的组成，该催化剂浆料利用常规催化剂组合物和制备方法制得。
在本发明实施方案中形成于集电体保护层上的集电体可以包括具有1S/cm或更大的电导率的过渡金属或导电聚合物材料。过渡金属可以为金(Au)，银(Ag)，铝(Al)，镍(Ni)，铜(Cu)，铂(Pt)，钛(Ti)，锰(Mn)，锌(Zn)，铁(Fe)，锡(Sn)，或者这些金属的合金。导电聚合物材料可以为聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩，或者它们的混合物。
通过在集电体保护层上直接形成集电体，或者独立地制备集电体然后使集电体与集电体保护层结合，可以形成集电体。例如，在集电体保护层上直接形成集电体的方法可以通过溅射、化学气相沉积、电沉积等进行，而独立地制备集电体然后使集电体与集电体保护层结合的方法可以通过利用柔性的印刷电路板(FPCB)技术，形成金属网或由非导电性聚合物薄膜框架支撑的导电金属薄膜形状的集电体。
为了在集电体上形成燃料扩散层，燃料扩散层单元可以制备如下：如催化剂层的制备所述，在支撑燃料扩散层的支撑层上形成燃料扩散层，然后烧结该燃料扩散层单元；或者制备含有所需材料的浆料，然后通过流延成型(tape casting)、喷涂或丝网印刷在支撑层上形成燃料扩散层。然而，本发明不限于此。
因为燃料扩散层布置在集电体上，所以燃料扩散层不但可以由导电性材料构成，而且可以由非导电性材料构成。
导电性材料可以包括至少一种选自下列的材料：粉末碳，石墨，炭黑，乙炔黑，活性炭，炭纸，炭布，碳纳米管，碳纳米纤维，碳纳米线，碳纳米角，碳纳米环和富勒烯(C60)。
非导电性材料可以为疏水性材料或亲水性材料，疏水性材料可以为聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、氟基聚合物树脂、聚丙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸乙二酯树脂，或者它们的混合物，但是不限于此。
亲水性材料可以为在末端具有羟基、羧基、胺基或砜基的聚合物树脂，并且可以为聚乙烯基醇树脂，纤维素-基聚合物树脂，聚乙烯基胺树脂，聚环氧乙烷树脂，聚乙二醇树脂，尼龙-基聚合物树脂，聚丙烯酸酯树脂，聚酯树脂，聚乙烯吡咯烷酮树脂，乙烯乙酸乙烯酯-基聚合物树脂，或者它们的混合物，但是不限于此。
为了平稳提供水分，燃料扩散层还可以包括含水材料，该含水材料可以为在其末端具有羟基、羧基、胺基或砜基的聚合物树脂，聚乙烯基醇树脂，纤维素-基聚合物树脂，聚乙烯基胺树脂，聚环氧乙烷树脂，聚乙二醇树脂，尼龙-基聚合物树脂，聚丙烯酸酯树脂，聚酯树脂，聚乙烯吡咯烷酮树脂，乙烯乙酸乙烯酯-基树脂，金属氧化物如Al2O3、ZrO2或TiO2，SiO2，或者它们的混合物。
而且，多孔性的燃料扩散层对于平稳提供氧化剂如空气是有利的。
对于该导电性或非导电性材料的结合，可以采用粘合剂，例如聚合物材料如聚四氟乙烯(PTFE)，聚偏二氟乙烯(PVdF)，氟化乙烯丙烯(FEP)，聚乙烯基醇(PVA)，聚丙烯腈，酚醛树脂，纤维素乙酸酯，或者它们的混合物，但是不限于此。
本发明的膜电极组件还可以包括分别在阳极燃料扩散层和阴极燃料扩散层上的支撑层。
如上所述，因为燃料扩散层形成于集电体上，所以支撑燃料扩散层的支撑层不需要是导电性的。因而，支撑层可以为导电性材料，非导电性材料，或者它们的混合物。
因此，如在燃料扩散层的情况下，支撑层可以为疏水的、亲水的、多孔的或含水的。
支撑层可以包含如在燃料扩散层的情况下的导电性材料如金属或碳质材料，或者可以包含陶瓷材料，因为导电性不是所需的性质。
碳质材料可以为碳纤维，炭纸，炭布，碳纳米管，碳纳米纤维，碳纳米角，碳纳米环，炭黑，石墨，富勒烯，活性炭，乙炔黑等。
陶瓷材料可以为金属氧化物如氧化铝、氧化钨、氧化镍、氧化钒、氧化锆或二氧化钛；氧化硅化合物如沸石；粘土如蒙脱石、膨润土或莫来石；碳化硅；堇青石等，但是不限于此。
支撑层可以通过层压分别具有上述特性之一的多层形成，或者支撑层可以为同时具有两种或多种上述特性的单层。
根据本发明实施方案的燃料电池可以为多种燃料电池类型之一，包括质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)或磷酸燃料电池(PAFC)，而作为PEMFC或DMFC是特别有利的。
燃料电池的制备可以利用在各种文献中已知的任何常规方法进行，因而，在本文中将不给出制备方法的详细解释。
根据本发明实施方案，通过在各电极中的催化剂层和燃料扩散层之间形成集电体，缩短电子的迁移距离，使电阻最小化；通过在集电体与催化剂层之间形成导电的集电体保护层，可以降低因集电体与催化剂层之间的不良接触而带来的电阻；及在催化剂层中产生的电流能够聚集在集电体上而不穿过燃料扩散层，使电阻能够最小化。
另外，燃料扩散层形成于集电体上使得燃料扩散层可以由包括导电性材料和非导电性材料在内的多种材料构成。
因此，可以制得能够长期稳定地实现恒定的性能并且由于低电阻而具有优异的效率的燃料电池。
在下文中，将参照下面的实施例更详细地描述本发明。然而，包括这些实施例仅是为了说明性目的，而不是限制本发明的范围。
实施例1
阳极催化剂层的制备
利用搅拌器混合0.2g Pt-Ru粉末和0.6g去离子水，使得去离子水渗入Pt-Ru粉末的颗粒之间。向产物中加入0.2g异丙醇(IPA)，在机械搅拌之后，向所得到的混合物中加入0.2g去离子水和0.706g 5wt％ Nafion溶液。利用超声波摇动器搅拌最终的混合物约100分钟，制得用于形成阳极催化剂层的浆料。
此处，担载在阳极上的Pt-Ru催化剂的密度为8mg/cm2。
通过喷涂，将所述用于形成阳极催化剂层的浆料涂布在一片厚度为100μm的炭纸Toray30(东丽株式会社(Toray Industries，Inc.))上，并将其干燥，该炭纸用作集电体保护层。因而，在集电体保护层上形成阳极催化剂层。
阴极催化剂层的制备
按照与用于形成阳极催化剂层的浆料相同的方法形成用于形成阴极催化剂层的浆料，所不同的是，初始混合0.24g Pt粉末和0.3g去离子水，使得去离子水充分渗入Pt粉末的颗粒之间。
此处，担载在阴极上的Pt催化剂的密度为8mg/cm2。
通过喷涂，将所述用于形成阴极催化剂层的浆料涂布在一片厚度为100μm的炭纸Toray30(东丽株式会社)上，并将其干燥，该炭纸用作集电体保护层。因而，在集电体保护层上形成阴极催化剂层。
扩散层的制备
将7g二氧化硅(SiO2)和3g PVdF混合在20ml的丙酮中，并通过搅拌60分钟充分分散。将所得到的分散体(分散体1)喷涂在300μm厚的SGL炭纸(西格里碳素集团(SGL Carbon Group))上，然后干燥以在阳极支撑层上形成阳极扩散层。包含在阳极扩散层中的纳米二氧化硅的密度为1mg/cm2。
另外，将7g有序中孔二氧化硅(OMS)和3g PVdF混合在20ml的丙酮中，并通过搅拌60分钟充分分散。将所得到的分散体(分散体2)喷涂在300μm厚的含有40wt％PTFE的炭纸(Toray090)(东丽株式会社)上，然后干燥，在阴极支撑层上形成阴极扩散层。包含在阴极支撑层中的OMS的密度为1mg/cm2。
燃料电池的制备
将上面制备的涂有集电体保护层的阳极催化剂层和涂有集电体保护层的阴极催化剂层分别层压在Nafion112电解质膜的另一侧面上。将具有形成于聚酰亚胺薄膜上的镍金属网的FPCB，及其上层压支撑层的扩散层顺序层压在前面制备的层压材料的两侧，热压整个组件，制得膜电极组件。在125℃下，热压在1吨的压力下进行1分钟，在2.2吨的压力下进行3分钟。
所制得的膜电极组件具有下列结构：
阳极支撑层/阳极扩散层/阳极集电体/阳极集电体保护层/阳极催化剂层/电解质膜/阴极催化剂层/阴极集电体保护层/阴极集电体/阴极扩散层/阴极支撑层。
实施例2
按照与实施例1相同的方法制备膜电极组件，所不同的是，使用Nafion115膜作为电解质膜。
对比例1
按照与前面的实施例中所述相同的方法，将用于阳极催化剂层的Pt-Ru浆料喷涂在Nafion112电解质膜上并干燥，形成阳极催化剂层。按照与前面的实施例中所述相同的方法，将用于形成阴极催化剂层的Pt浆料喷涂在Nafion112电解质膜的另一侧上并干燥，形成阴极催化剂层。
通过搅拌60分钟，将7g粉末碳和3g PTFE充分分散在20ml的异丙醇中，制备分散体，并将其分别喷涂在阳极催化剂层和阴极催化剂层上。然后，在360℃的烘箱中将所喷涂的催化剂层烧结40分钟，形成阳极扩散层和阴极扩散层。随后，作为支撑层，在阳极扩散层上布置300μm厚的炭纸(东丽株式会社)，并在阴极扩散层上布置300μm厚的含有20wt％PTFE的炭纸(东丽株式会社)。在各支撑层上布置镍网集电体。
所得到的膜电极组件具有下列结构：
阳极集电体/阳极支撑层/阳极扩散层/阳极催化剂层/电解质膜/阴极催化剂层/阴极扩散层/阴极支撑层/阴极集电体。
对比例2
按照与对比例1相同的方法制备膜电极组件，所不同的是，使用Nafion115膜作为电解质膜。
采用如上所述制得的膜电极组件来制备直接甲醇燃料电池，通过以被动的方式向阳极提供3M甲醇溶液，并向阴极提供空气，试验燃料电池的性能。检测电池电势(或电池电压)随着电流密度的变化，结果示于图3中，其中I表示电流密度，E表示电池电压。
从图3中可以看出，与在对比例1和2中制备的燃料电池相比，在0.3～0.4V的工作电压下，在依据本发明的燃料电池结构的实施例1和2中制备的燃料电池的性能显著提高了200～500％。该提高可以归因于流向集电体的电流的电阻较低，以及催化剂层与集电体之间的保护层，该保护层防止集电体被催化剂腐蚀，因而提高了电流特性。
图4图示了实施例1和对比例1的燃料电池的功率密度相对于时间的关系，以比较两种燃料电池的寿命特性。与对比例1的燃料电池相比，实施例1的燃料电池在燃料给料时具有更好的电流密度和持久的驱动时间。
测量了各电极中的甲醇浓度、水浓度和所产生的电流，并计算实施例1和2以及对比例1和2的燃料电池的燃料效率。0.3M甲醇溶液用作燃料并以0.1cc/分钟的流量提供，空气用作氧化剂。结果示于下表1中。此处，术语燃料效率是指用于产生能量的燃料与所提供的全部燃料的比率。
表1
  燃料效率(％)
  实施例1     80.93
  实施例2     58.82
  对比例1     11.51
  对比例2     29.11
如表1所示，得自实施例1和实施例2的燃料电池的燃料效率超过50％，特别是实施例1的燃料电池的燃料效率大于80％。另一方面，对比例1和对比例2的燃料电池的燃料效率低于30％。因此，采用根据本发明实施方案的膜电极组件的单元燃料电池具有优异的燃料效率，相信这主要归因于实施例1和实施例2中分别采用的纳米二氧化硅和中孔二氧化硅的含水性。
实施例3
将12只实施例1的单元燃料电池串联，并将它们的性能与单只实施例1的单元燃料电池的性能进行比较。实施例3的燃料电池的电池电压除以12，计算包含在实施例3的燃料电池中的单元燃料电池之一的电池电压。
参照图5，发现实施例1的单元燃料电池的性能和12只单元燃料电池的性能相似，都具有比对比例1的单元燃料电池更好的电池性能。
尽管已经参照其示例性实施方案具体地给出和说明了本发明，但是本领域的普通技术人员应当理解，在本发明中可以作出各种形式和细节上的变化，而不脱离权利要求书所定义的本发明的构思和范围。

Claims (23)

1.一种膜电极组件，包括：
电解质膜；
布置在电解质膜一侧的阳极催化剂层；
布置在电解质膜另一侧的阴极催化剂层；
布置在阳极催化剂层上的阳极集电体保护层；
布置在阴极催化剂层上的阴极集电体保护层；
布置在阳极集电体保护层上的阳极集电体；
布置在阴极集电体保护层上的阴极集电体；
布置在阳极集电体上的阳极扩散层；及
布置在阴极集电体上的阴极扩散层。
2.根据权利要求1的膜电极组件，其中所述集电体保护层包含导电性材料。
3.根据权利要求1的膜电极组件，其中所述集电体保护层包含至少一种选自下列的材料：碳质材料、导电聚合物和导电金属。
4.根据权利要求3的膜电极组件，其中所述碳质材料包括至少一种选自下列的材料：粉末碳，石墨，炭黑，乙炔黑，活性炭，碳纳米管，碳纳米纤维，碳纳米线，碳纳米角，碳纳米环和富勒烯(C60)。
5.根据权利要求3的膜电极组件，其中所述导电聚合物包括至少一种选自下列的聚合物：聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩。
6.根据权利要求3的膜电极组件，其中所述导电金属具有1S/cm或更大的电导率。
7.根据权利要求6的膜电极组件，其中所述导电金属包括至少一种选自下列的金属：金(Au)，银(Ag)，铝(Al)，镍(Ni)，铜(Cu)，铂(Pt)，钛(Ti)，锰(Mn)，锌(Zn)，铁(Fe)，锡(Sn)，及其合金。
8.根据权利要求1的膜电极组件，其中所述集电体保护层包含多孔性材料。
9.根据权利要求8的膜电极组件，其中所述集电体保护层的孔隙率为10～90％。
10.根据权利要求1的膜电极组件，其中所述集电体保护层的厚度为10～500μm。
11.根据权利要求1的膜电极组件，其中所述集电体包含金(Au)，银(Ag)，铝(Al)，镍(Ni)，铜(Cu)，铂(Pt)，钛(Ti)，锰(Mn)，锌(Zn)，铁(Fe)，锡(Sn)，或者其合金。
12.根据权利要求1的膜电极组件，其中所述集电体为金属网。
13.根据权利要求1的膜电极组件，其中所述集电体为柔性的印刷电路板，该柔性的印刷电路板包括：
非导电性聚合物薄膜；及
形成于该非导电性聚合物薄膜上的导电金属网。
14.根据权利要求1的膜电极组件，其中所述扩散层包含导电性材料，非导电性材料，或者它们的混合物。
15.根据权利要求14的膜电极组件，其中所述导电性材料为碳质材料。
16.根据权利要求14的膜电极组件，其中所述非导电性材料为疏水性材料，亲水性材料，含水材料，多孔性材料，或者它们的混合物。
17.根据权利要求16的膜电极组件，其中所述疏水性材料为聚乙烯树脂，聚苯乙烯树脂，氟聚合物树脂，聚丙烯树脂，聚甲基丙烯酸甲酯树脂，聚酰亚胺树脂，聚酰胺树脂，聚对苯二甲酸乙二酯树脂，或者它们的混合物。
18.根据权利要求16的膜电极组件，其中所述亲水性材料为在其末端含有羟基、羧基、胺基或砜基的聚合物树脂，聚乙烯基醇树脂，纤维素-基聚合物树脂，聚乙烯基胺树脂，聚环氧乙烷树脂，聚乙二醇树脂，尼龙-基聚合物树脂，聚丙烯酸酯树脂，聚酯树脂，聚乙烯吡咯烷酮树脂，乙烯乙酸乙烯酯-基树脂，或者它们的混合物。
19.根据权利要求16的膜电极组件，其中所述含水材料为在其末端含有羟基、羧基、胺基或砜基的聚合物树脂，聚乙烯基醇树脂，纤维素-基聚合物树脂，聚乙烯基胺树脂，聚环氧乙烷树脂，聚乙二醇树脂，尼龙-基聚合物树脂，聚丙烯酸酯树脂，聚酯树脂，聚乙烯吡咯烷酮树脂，乙烯乙酸乙烯酯-基树脂，Al2O3，ZrO2，TiO2，SiO2，或者它们的混合物。
20.根据权利要求1的膜电极组件，还包括分别位于所述阳极扩散层和阴极扩散层上的支撑层。
21.根据权利要求20的膜电极组件，其中所述支撑层包含非导电性材料，导电性材料，或者它们的混合物。
22.根据权利要求21的膜电极组件，其中所述支撑层包含金属，陶瓷材料，或者碳质材料。
23.一种燃料电池，其包括权利要求1的膜电极组件。
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