TWI431843B - 膜電極組結構及其製作方法 - Google Patents

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Description

膜電極組結構及其製作方法
本發明係有關於燃料電池核心元件，且特別是關於一種燃料電池內所應用之膜電極組(membrane－electrode assembly，MEA)結構及其製作方法，其具有較高之一氧化碳(CO)容忍度以及較低之反應流體加濕程度。
燃料電池(Fuel Cell,FC)是一種利用化學能直接轉化為電能的發電裝置，與傳統發電方式比較之下，燃料電池具有低污染、低噪音、高能量密度以及較高的能量轉換效率等優點，是極具未來前瞻性的乾淨能源，可應用的範圍包括攜帶式電子產品、家用發電系統、運輸工具、軍用設備、太空工業以及大型發電系統等各種領域。
依照所使用電解質種類，常見之燃料電池可大體區分為磷酸型燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC)、熔融碳酸鹽型燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC)、固態氧化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)、鹼液型燃料電池(Alkaline Fuel Cell，AFC)、質子交換膜型燃料電池燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)及直接甲醇燃料型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)等六種不同類型之燃料電池。上述種類之燃料電池則可依照其容量、發電效率與特性而有不同的用途。近年來則以質子交換膜型燃料電池(PEMFC)燃料電池較受重視，其具有操作溫度低、啟動快、能量密 度高等特性，因而使得其應用範圍較廣且具有極高之商業價值。
請參照第1圖，部分繪示了一種習知質子交換膜型之燃料電池10。在此，燃料電池10主要繪示有質子交換膜12、依序堆疊設置於質子交換膜12兩對稱側上之陽極觸媒層14與陰極觸媒層16、陽極氣體擴散層18與陰極氣體擴散層20，以及陽極氣體流道板22與陰極氣體流道板26等主要構件，其中質子交換層12、陽極觸媒層14、陰極觸媒層16、陽極氣體擴散層18、陰極氣體擴散層20等構件之結合係作為燃料電池10之膜電極組MEA。膜電極組MEA係為燃料電池10內之極重要核心元件，也是關於發電效能的關鍵部位。因此，燃料電池10則可依照實際電壓與電流之應用需求，而採用一個或一個以上之膜電極組MEA的組合所構成。此外，於陽極氣體流道板22與陰極氣體流道板26內則分別設置有數個流體通道24與28，其分別鄰近陽極氣體擴散層18與陰極氣體擴散層20，以分別自膜電極組MEA之陽極側50與陰極側60提供適當之反應流體至膜電極組MEA處，以藉由膜電極組MEA的轉換而產生電能。
燃料電池10於操作時，其陽極側50是進行氫氣(H2 )的氧化反應，而其陰極側60則進行氧氣(O2 )的還原反應。燃料電池10內之主要反應式如下：陽極H2 → 2H＋ ＋2e－ (1) 陰極(1/2)O2 ＋2H＋ ＋2e－ → H2 O (2) 全反應H2 ＋(1/2)O2 → H2 O (3)
參照上述反應式(1)，於陽極側50之反應流體經陽極觸媒層14催化而主要分解成氫離子(H＋ )與電子(e－ )，其中電子(e－ )可流出至電池外部電路(未顯示)且經負載(未顯示)作功後流入其陰極側。而參照上述反應式(2)，同時生成之氫離子(H＋ )則透過質子交換膜12而由陽極側50傳遞至陰極側60。此時於陰極側60，氫離子(H＋ )、電子(e－ )則與流經陰極觸媒層16之氧分子(O2 )結合產生水(H2 O)。因此，整個燃料電池10之總反應式則如上述反應式(3)所示，為氫(H2 )與氧(O2 )反應而產生水(H2 O)之一整體反應。
當氫離子(H＋ )於燃料電池10內陽極側50產生時，氫離子會不斷的向陰極側60傳導移動，而氫離子需要數個水分子才能進行傳導(即以水合離子形態H＋ (H2 O)n 移動)。因此，於燃料電池10反應時若不能對陽極側50之膜層(如陽極觸媒層14及/或陽極氣體擴散層18)適時的補充水分，則會使質子交換膜12的含水量下降，因而降低燃料電池10之發電效率。
另外，於燃料電池10之陰極側60則因氧原子的還原反應而產生水(H2 O)，其中大部分的水可經由多孔的陰極氣體擴散層20經流體流道28而排出，而部分的水則會逆擴散至質子交換膜層12處並累積聚集於陰極氣體擴散層20而產生了陰極淹水現象，因而阻絕了來自於陰極側60的反 應流體的流通，並降低了燃料電池10之發電效能。
另外，於實際操作中，於燃料電池10之陰極側60通常採用純氧或空氣(air)做為反應流體。空氣含有約21%氧氣(O2 )及79%氮氣(N2 )，且由於只有氧氣會參於反應，因此使用空氣(air)為反應氣體時，於陰極側60的流體流量會較使用純氧時多出5倍或更多。如此，於燃料電池10之陰極側所60處所產生的水(H2 O)恐會被大流量的空氣帶走，進而導致質子交換膜12的含水量下降，且影響燃料電池10的發電效能。因此，為了維持質子交換膜12的含水量以保持良好發電效能，便需要對於陽極側50及陰極側60所通入之反應流體進行全加濕(Fully humidification)反應，藉以確保質子交換膜12的含水量維持在飽和狀態。
另外，於實際操作中，於燃料電池10之陽極側50則通常採用純氫或重組氣體(Reformate gas)做為反應流體。純氫之來源可為高壓氫氣、液態氫氣或由儲氫儲槽，因此不純物的含量極低。而重組氣體一般是由碳氫化合物(Hydrocarbons)經過重組器(Reformer)的重組反應後生成，其除了含有高濃度的氫氣組成(約35~75%)以外，另外含有如二氧化碳(CO2 )、氮氣(N2 )、水(H2 O)及少量一氧化碳(CO)等其他氣體。由於燃料電池10內之陰極觸媒層14通常採用鉑(Pt)之觸媒材質，因此非常容易被重組氣體內之一氧化碳分子吸附而失去活性，並使得陰極觸媒層14被毒化而喪失氧化氫分子能力。
因此，便需要針對上述燃料電池10所可能遭遇之的質 子交換膜12之含水量降低問題、於陽極側50與陰極側60之反應流體加濕問題以及陽極觸媒層14所可能遭遇之一氧化碳毒化問題等進行改良，藉以提升燃料電池10之使用壽命與發電效率。
有鑑於此，本發明提供了適用於燃料電池應用之一種膜電極組結構及其製作方法，以解決上述習知問題。
依據一實施例，本發明之膜電極組MEA結構，包括：一質子交換膜，具有對應之一第一側與一第二側；一陰極觸媒層，設置於該質子交換膜之該第一側；一陽極觸媒層，設置於該質子交換膜之該第二側；一第一複合氣體擴散層，設置於該質子交換膜之該第一側且鄰近該陰極觸媒層，其中該第一複合氣體擴散層包括一第一氣體擴散基材層以及一第一微孔層，而該第一微孔層係位於該第一氣體擴散基材層與該陰極觸媒層之間；以及一第二複合氣體擴散層，設置於該質子交換膜之該第二側且鄰近該陽極觸媒層，其中該第二複合氣體擴散層包括一第二氣體擴散基材層以及一第二微孔層，而該第二微孔層係位於該第二氣體擴散基材層與該陽極觸媒層之間。
依據另一實施例，本發明之膜電極組MEA結構之製造方法，包括：提供一質子交換膜，具有對應之一第一側與一第二側；提供一第一複合氣體擴散層，並將之設置於該質子交換膜之第一側，其中該第一複合氣體擴散層包括一第一氣 體擴散基材層以及一第一微孔層；於該第一複合氣體擴散層之該第一微孔層上形成一陰極觸媒層；提供一第二複合氣體擴散層，並將之設置於該質子交換膜之該第二側，其中該第二複合氣體擴散層包括一第二氣體擴散基材層以及一第二微孔層；於該第二複合氣體擴散層之該第一微孔層上形成一陽極觸媒層；以及熱壓處理該第一複合氣體擴散層、該陰極觸媒層、該質子交換膜、該陽極觸媒層與該第二複合氣體擴散層，以形成該膜電極組結構。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下：
本發明之適用於燃料電池應用之膜電極組結構之實施例將配合下文及第2~4圖等圖式而進一步加以解說。
請參照第2圖，繪示了依據本發明一實施例之燃料電池100。在此，燃料電池100內主要繪示有質子交換膜102、依序堆疊設置於質子交換膜102之對稱側上之陽極觸媒層104與陰極觸媒層106、陽極氣體擴散層與陰極氣體擴散層以及陽極氣體流道板118與陰極氣體流道板120等主要構件。在此，燃料電池100內之陽極氣體擴散層與陰極氣體擴散層之設置形態為一複合膜層，陽極氣體擴散層主要包括陽極氣體擴散基材層108、微孔層114與一氧化碳轉化觸媒層116，而陰極氣體擴散層則主要包括陰極氣體擴散基材層110與微孔層112。
於本實施例中，質子交換膜102、陽極觸媒層104、陰極觸媒層106、陽極氣體擴散層、陰極氣體擴散層等構件於結合後係作為燃料電池100之膜電極組MEA。如第2圖所示，燃料電池100僅繪示了其內一個膜電極組MEA之實施情形。燃料電池100可依照實際電壓與電流等應用需求，而由一個以上之膜電極組MEA所組成。
請繼續參照第2圖，於燃料電池100之陽極氣體流道板118與陰極氣體流道板120內則分別設置有數個流體通道122與124，其分別鄰近陽極氣體擴散層與陰極氣體擴散層接觸，以分別自膜電極組MEA之陽極側150與陰極側160提供適當反應流體至膜電極組MEA處，並藉由膜電極組MEA的轉換而產生電能。
如第2圖所示，於燃料電池100內之膜電極組MEA之陰極側160處之構件中，陰極氣體擴散基材層110係經過疏水及熱處理程序的處理，因此具有疏水性及透氣性之特性。另外，形成於陰極氣體擴散基材層110與陰極觸媒層106間之微孔層112則具有介於0.03~0.5μm之微小孔徑，其疏水性相較於陰極氣體擴散基材層110為高。因此，由陰極氣體擴散基材層110與微孔層112所組成之陰極氣體擴散層具有適當之疏水性及透氣性而具有擋水與保濕的功效，因而使得於陰極側160產生的水可大部分地逆擴散(Back diffusion)至質子交換膜102處，因此可確保質子交換膜(PEM)的含水量到達飽和狀態。如此，對於燃料電池100內陰極側160所使用之反應流體加濕程度可從習知的 全加濕的狀況減低至低加濕或甚至是無加濕之程度，進而有助於簡化甚至是除去燃料電池100內用於加濕反應流體之加濕系統的使用。
請繼續參照第2圖，於燃料電池100內之膜電極組MEA之陽極側150之陽極氣體擴散基材層108亦經過疏水及熱處理程序，因此具有疏水性及透氣性之特性。另外，形成於陽極氣體擴散基材層108與陽極觸媒層104間之微孔層114則具有介於0.03~0.5μm之微小孔徑，其疏水性相較於陽極氣體擴散基材層108為高。因此，包括陽極氣體擴散基材層108與微孔層114之陽極氣體擴散層具有適當之疏水性及透氣性而具有擋水與保濕的功效。如此，對於燃料電池100內陽極側150所使用之反應流體的加濕行為可從習知全加濕程度減低至低加濕或不加濕的程度，因此可簡化甚至是除去用於加濕反應流體之加濕系統的使用。再者，於本實施例中，於陽極氣體擴散基材層108與鄰近之陽極氣體流道板118之間所設置之一氧化碳觸媒轉化層116則可針對由自陽極氣體流道板118內之流體通道122所供應之如含氫重組氣體內所含一氧化碳成分進行轉化反應，而將其內一氧化碳成分轉化成為二氧化碳氣體，以降低或甚至是避免其於對於陽極觸媒層104之毒化情形。一氧化碳觸媒轉化層116對於一氧化碳的轉化反應如下述反應式(4)與(5)所示。
CO＋O2 → CO2 (4) CO＋H2 O → CO2 ＋H2 (5)
請參照第3圖，繪示了依據本發明另一實施例之燃料電池200。在此，如第3圖所示之燃料電池200係經由修改第2圖所示之燃料電池100而得到。於本實施例中，燃料電池200係採用相同於燃料電池100之構件所組成，其與燃料電池100之差異處僅在於一氧化碳轉化觸媒層116之設置位置。於本實施例中，燃料電池200內之一氧化碳轉化觸媒層116係設置於微孔層114與陽極氣體擴散基材層108之間，而設置於陽極極板118內之多個流體通道122則分別露出了陽極氣體擴散基材層108。
於如第2圖與第3圖內所示之實施例中，陰極觸媒層106與陽極觸媒層104可包括如Pt、Ru、Au、Pd、Ni、Rh、C等單一觸媒材料或其兩種以上之上述觸媒材料的組合物，而質子交換膜102則例如為如Nafion(由DuPont產製)、Dow(由Dow Chemical產製)、Aciplex(由AsahiChemical產製)、Flemion(由Asahi Glass產製)之全氟化磺酸高分子膜，或為如BAM3G(由Ballard產製)之部分氟化磺酸高分子膜。而陰極氣體擴散基材層110則為一多孔性結構層，例如為厚度則介於150~600μm之碳紙或碳布，其具有介於1－100μm之孔徑以及介於0.6~0.9之孔隙率。陽極氣體擴散基材層108則為一多孔性結構層，例如為厚度介於150~600μm之碳紙或碳布，其具有介於1－100μm之孔徑以及介於0.6~0.9之孔隙率。而微孔層112與114則為一 多孔性結構層，其可包括如聚四氟乙烯之材料，且具有介於10~100μm之厚度、介於0.03~0.5μm之孔徑以及介於0.4~0.9之孔隙率。而一氧化碳轉化觸媒層116則可包括Pt、Ru、Au、Pd、Co、Ni、Cu、Zn等單一觸媒材料或其兩種以上之上述觸媒材料的組合物，其具有介於10~100 μm之厚度、介於0.03－0.5 μm之孔徑以及介於0.4~0.9之孔隙率。
請參照第4圖，繪示了依據本發明又一實施例之燃料電池300。在此，如第4圖所示之燃料電池300係由修改第2圖所示燃料電池100而得到。燃料電池300係採用相同於燃料電池100之構件所組成，其與燃料電池100間差異處僅在於陽極氣體擴散基材層108’之設置情形。相較於第2圖所示之實施情形，於本實施例中係將一氧化碳轉化觸媒材料直接含浸沉積於多孔陽極氣體擴散基材層中，因而具有簡化陽極氣體擴散層結構之功效。於本實施例中，陽極氣體擴散基材層108’之亦為一多孔性結構層，例如為厚度介於150~600 μm之碳紙或碳布，其具有介於1~100 μm之孔徑以及介於0.6~0.9之孔隙率，且於其材料上含浸沉積有如Pt、Ru、Au、Pd、Co、Ni、Cu、Zn等單一觸媒材料或其兩種以上之上述觸媒材料的組合物之一氧化碳轉化觸媒材料。
參照第2－4圖所示之燃料電池，本發明係藉由改善陽極側與陰極側之氣體擴散層的疏水性和透氣性等性質，以改善於陰極處之淹水現象，並藉由具有微小孔徑及高疏水 性質之微孔層的設置，使得於陰極產生的水可大部分逆擴散至質子交換膜處，進而降低或甚至免除了反應流體之加濕行為。再者，於陽極側則額外設置了一氧化碳轉化觸媒層，其可先行將供應至陽極側之燃料中的一氧化碳成分於進入陽極觸媒層之前先行轉化並反應生成二氧化碳，進而降低或甚至避免對於陽極觸媒層之毒化現象。
本發明之燃料電池的膜電極組MEA製作方法之實施例將配合下文及第2~4圖等圖式而進一步加以解說。
如第2~4圖中所示之陰極氣體擴散層的製作方法說明如下：首先將陰極氣體擴散基材層110含浸於含1~10 wt%之聚四氟乙烯(PTFE)溶液中至飽和程度，取出晾乾後須再經過熱處理(於300~400℃下處理30分鐘)使之具有疏水性。接著，於陰極氣體擴散基材層110的一側使用下述塗佈技術塗佈一層微孔層112，並接著經熱處理(於350~450℃下處理30 min)而完成了陰極氣體擴散層的製作。
而如第2~3圖中所示之陽極氣體擴散層的製作方法大體與陰極氣體擴散層完全相同，只是除了陽極氣體擴散基材層108除了一側有塗佈一層微孔層114外，於其另一相對側可選擇性地更塗佈一層一氧化碳轉化觸媒層116，此一氧化碳轉化觸媒層116亦經過熱處理(於100~300℃下處理30分鐘)。
另外，膜電極組MEA至中之陰極觸媒層106與陽極觸 媒層104的製作方法說明如下：先將金屬觸媒與溶劑、分散劑混合並形成一觸媒漿料(Ink)，此部分可使用攪拌機攪拌以提升其分散性及調整漿料黏度，接著使用下述塗佈技術可將所得到之觸媒漿料(Ink)塗佈於上述陰極氣體擴散層的微孔層112上，經熱處理(於100~140℃下處理30 min)即可完成陰極觸媒層106的製作。此觸媒漿料(Ink)亦可塗佈於陽極氣體擴散層的微孔層114上，經熱處理(於100~140℃下處理30分鐘)即可完成陽極觸媒層104的製作。或者，觸媒漿料(Ink)亦可使用塗佈技術塗佈於質子交換膜102的兩側。
最後可使用熱壓技術依序將陰極氣體擴散層(包括陰極氣體擴散基材層110與微孔層112)、陰極觸媒層106、質子交換膜102、陽極觸媒層104、陽極氣體擴散層(包括陽極氣體擴散基材層108、微孔層114與一氧化碳轉化觸媒層116)熱壓成一燃料電池的膜電極組MEA。
如第4圖中所示之陽極氣體擴散基材層108’的製作的製作方法說明如下：首先將陽極氣體擴散基材層108’含浸於含1~10 wt%之聚四氟乙烯(PTFE)溶液中至飽和程度，取出晾乾後須再經過熱處理(於300~400℃下處理30分鐘)使之具有疏水性。接著，將此經過殊水處理之陽極氣體擴散基材層108’含浸於含一氧化碳轉化觸媒材料之溶液中至飽和程度取出晾乾後須再經過熱處理(於100~300℃下處理30分鐘)使之具有一氧化碳轉化能力後，而完成了同時具備殊水性與一氧 化碳轉化能力之陽極氣體擴散基材層108’。
以上所述關於膜電極組MEA的製作情形中，所應用之塗佈技術包括如括刀塗佈(doctor knife coating、spread coating)、網印(screen printing)、膜具或夾層塗佈(die coating)、噴射塗佈(spray coating)、電沉積(electro－deposition)等方式。而塗佈形成之微孔層所須的漿料則包含碳粉、PTFE及分散劑，於經過熱處理所形成之微孔層中PTFE含量約介於10~40 wt%。另外塗佈形成之陽極觸媒層、陰極觸媒層、與一氧化碳轉化觸媒層等觸媒層所須的漿料則包含觸媒粉體、黏結劑、分散劑、界面活性劑，其中陰極觸媒層與陽極觸媒層所用的觸媒粉體包括如Pt、Ru、Au、Pd、Ni、Rh、C或其組合物，而一氧化碳轉化觸媒層所用的觸媒粉體包括如Pt、Ru、Au、Pd、Ni、Rh、C等單一觸媒材料或其其組合物。上述黏結劑可為Nafion、聚四氟乙烯(PTFE)等高分子黏結劑。上述分散劑可為甘油、丙二醇、甲醇、乙醇等有機溶劑和水。上述界面活性劑可為Triton等。這些成份用上述塗佈技術將這漿料均勻地塗佈在氣體擴散層上，或在微孔層上，或在質子交換膜上。塗佈後再經常壓乾燥或真空乾燥將這些漿料中的分散劑、界面活性劑蒸發。最後將陰極側構件、質子交換膜、及陽極側構件依序疊堆熱壓而形成了如第2－4圖所示之膜電極組(MEA)。
經由上述解說，本發明所示之燃料電池的膜電極組結構較如第1圖所示之燃料電池所應用之習知膜電極組結構 具有較高之一氧化碳容忍能力、較低之反應流體加濕程度以及可避免於陰極處發生淹水現象，進而具有改善燃料電池系統之操作效率以及提升燃料電池系統內膜電極組之使用壽命等技術功效。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧燃料電池
12‧‧‧質子交換膜
14‧‧‧陽極觸媒層
16‧‧‧陰極觸媒層
18‧‧‧陽極氣體擴散層
20‧‧‧陰極氣體擴散層
22‧‧‧陽極氣體流道板
24、28‧‧‧流體通道
26‧‧‧陰極氣體流道板
50‧‧‧陽極側
60‧‧‧陰極側
100、200、300‧‧‧燃料電池
102‧‧‧質子交換膜
104‧‧‧陽極觸媒層
106‧‧‧陰極觸媒層
108‧‧‧陽極氣體擴散基材層
108’‧‧‧塗佈有一氧化碳轉化觸媒材料之陽極氣體擴散基材層
110‧‧‧陰極氣體擴散基材層
112、114‧‧‧微孔層
116‧‧‧一氧化碳轉化觸媒層
118‧‧‧陽極氣體流道板
120‧‧‧陰極氣體流道板
122、124‧‧‧流體通道
150‧‧‧陽極側
160‧‧‧陰極側
MEA‧‧‧膜電極組
第1圖為一示意圖，顯示了一習知質子交換膜型燃料電池；第2圖為一示意圖，顯示了依據本發明之一實施例之燃料電池；第3圖為一示意圖，顯示了依據本發明之另一實施例之燃料電池；以及第4圖為一示意圖，顯示了依據本發明之又一實施例之燃料電池。
100‧‧‧燃料電池
102‧‧‧質子交換膜
104‧‧‧陽極觸媒層
106‧‧‧陰極觸媒層
108‧‧‧陽極氣體擴散基材層
110‧‧‧陰極氣體擴散基材層
112、114‧‧‧微孔層
116‧‧‧一氧化碳轉化觸媒層
118‧‧‧陽極氣體流道板
120‧‧‧陰極氣體流道板
122、124‧‧‧流體通道
150‧‧‧陽極側
160‧‧‧陰極側
MEA‧‧‧膜電極組

Claims (29)

  1. 一種膜電極組結構，包括：一質子交換膜，具有對應之一第一側與一第二側；一陰極觸媒層，設置於該質子交換膜之該第一側；一陽極觸媒層，設置於該質子交換膜之該第二側；一第一複合氣體擴散層，設置於該質子交換膜之第一側且鄰近該陰極觸媒層，其中該第一複合氣體擴散層包括一第一氣體擴散基材層以及一第一微孔層，而該第一微孔層係位於該第一氣體擴散基材層與該陰極觸媒層之間；以及一第二複合氣體擴散層，設置於該質子交換膜之該第二側且鄰近該陽極觸媒層，其中該第二複合氣體擴散層包括一第二氣體擴散基材層、一氧化碳轉化觸媒層以及一第二微孔層，而該第二微孔層係位於該第二氣體擴散基材層與該陽極觸媒層之間，以及該一氧化碳轉化觸媒層係位於該第二微孔層與該第二氣體擴散基材層之間或位於該第二氣體擴散基材層不接觸該第二微孔層之一側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該陰極觸媒層與該陽極觸媒層包括Pt、Ru、Au、Pd、Ni、Rh、C或其組合物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該質子交換膜係為一全氟化磺酸高分子膜或一部分氟化磺酸高分子膜。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中 該第一氣體擴散基材層包括厚度介於150~600μm之碳紙或碳布。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該第一氣體擴散基材層為多孔性結構層，具有介於1-100μm之孔徑以及介於0.6~0.9之孔隙率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該第一微孔層包括聚四氟乙烯。聚四氟乙烯含量在10~40wt%。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該第一微孔層之厚度介於10~100μm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該第一微孔層為多孔性結構層，具有介於0.03~0.5μm之孔徑以及介於0.4~0.9之孔隙率。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該第二氣體擴散基材層包括厚度介於150~600μm之碳紙或碳布。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該第二氣體擴散基材層為多孔性結構層，具有介於1-100μm之孔徑以及介於0.6~0.9之孔隙率。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該第二微孔層包括聚四氟乙烯，其中聚四氟乙烯含量介於10~40%。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該第二微孔層之厚度介於10~100μm。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該第二微孔層為多孔性結構層，具有介於0.03~0.5μm之孔徑以及介於0.4~0.9之孔隙率。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該一氧化碳轉化觸媒層包括Pt、Ru、Au、Pd、Co、Ni、Cu、Zn等單一觸媒材料或其兩種以上之上述觸媒材料的組合物。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該一氧化碳轉化觸媒層之厚度介於10~100μm。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該一氧化碳轉化觸媒層為多孔性結構層，具有介於0.03-0.5μm之孔徑以及介於0.4~0.9之孔隙率。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之膜電極組結構，其中該膜電極組結構適用於一質子交換型燃料電池系統。
  18. 一種膜電極組結構，包括：一質子交換膜，具有對應之一第一側與一第二側；一陰極觸媒層，設置於該質子交換膜之該第一側；一陽極觸媒層，設置於該質子交換膜之該第二側；一第一複合氣體擴散層，設置於該質子交換膜之第一側且鄰近該陰極觸媒層，其中該第一複合氣體擴散層包括一第一氣體擴散基材層以及一第一微孔層，而該第一微孔層係位於該第一氣體擴散基材層與該陰極觸媒層之間；以及一第二複合氣體擴散層，設置於該質子交換膜之該第 二側且鄰近該陽極觸媒層，其中該第二複合氣體擴散層包括一第二氣體擴散基材層以及一第二微孔層，而該第二微孔層係位於該第二氣體擴散基材層與該陽極觸媒層之間，且該第二氣體擴散基材層係塗佈有一氧化碳轉化觸媒材料。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之膜電極組結構，其中該陰極觸媒層與該陽極觸媒層包括Pt、Ru、Au、Pd、Ni、Rh、C或其組合物，而該質子交換膜係為一全氟化磺酸高分子膜或一部分氟化磺酸高分子膜。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之膜電極組結構，其中該第一氣體擴散基材層與該第二氣體擴散基材層包括厚度介於150~600μm之碳紙或碳布。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之膜電極組結構，其中該第一氣體擴散基材層與該第二氣體擴散基材層為多孔性結構層，具有介於1-100μm之孔徑以及介於0.6~0.9之孔隙率。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之膜電極組結構，其中該第一微孔層與該第二微孔層包括聚四氟乙烯，其中聚四氟乙烯含量在10~40wt%，以及該第一微孔層與該第二微孔層之厚度介於10~100μm。
  23. 如申請專利範圍第18項所述之膜電極組結構，其中該第一微孔層與該第二微孔層為多孔性結構層，具有介於0.03~0.5μm之孔徑以及介於0.4~0.9之孔隙率。
  24. 一種膜電極組結構之製造方法，包括： 提供一質子交換膜，具有對應之一第一側與一第二側；提供一第一複合氣體擴散層，並將之設置於該質子交換膜之第一側，其中該第一複合氣體擴散層包括一第一氣體擴散基材層以及一第一微孔層；於該第一複合氣體擴散層之該第一微孔層上形成一陰極觸媒層；提供一第二複合氣體擴散層，並將之設置於該質子交換膜之該第二側，其中該第二複合氣體擴散層包括一第二氣體擴散基材層、一氧化碳轉化觸媒層以及一第二微孔層，其中該一氧化碳轉化觸媒層係位於該第二微孔層與該第二氣體擴散基材層之間或位於該第二氣體擴散基材層不接觸該第二微孔層之一側；於該第二複合氣體擴散層之該第二微孔層上形成一陽極觸媒層；以及熱壓處理該第一複合氣體擴散層、該陰極觸媒層、該質子交換膜、該陽極觸媒層與該第二複合氣體擴散層，以形成該膜電極組結構。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之膜電極組結構之製造方法，其中提供該第一複合氣體擴散層包括：將該第一氣體擴散基材層含浸於含1~10wt%之聚四氟乙烯(PTFE)溶液中至飽和程度，取出晾乾後須再經過溫度介於300~400℃之熱處理30分鐘；於該第一氣體擴散基材層之一側塗佈形成該第一微孔層；以及 於介於350~450℃之溫度下施行熱處理30分鐘，以提供該第一複合氣體擴散層。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之膜電極組結構之製造方法，其中提供該第二複合氣體擴散層包括：將該第二氣體擴散基材層含浸於含1~10wt%之聚四氟乙烯(PTFE)溶液中至飽和程度，取出晾乾後須再經過溫度介於300~400℃之熱處理30分鐘；於該第二氣體擴散基材層之一側塗佈形成該第二微孔層；於介於350~450℃之溫度下施行熱處理30分鐘，以提供該第二複合氣體擴散層於該第二氣體擴散基材層之相對於該第二微孔層之一側上塗佈形成該一氧化碳轉化觸媒層；以及於介於100~300℃之溫度下熱處理該一氧化碳轉化觸媒層30分鐘，以提供該第二複合氣體擴散層。
  27. 如申請專利範圍第24項所述之膜電極組結構之製造方法，其中提供第二複合氣體擴散層包括：將該第二氣體擴散基材層含浸於含1~10wt%之聚四氟乙烯(PTFE)溶液中至飽和程度，取出晾乾後須再經過溫度介於300~400℃之熱處理30分鐘；於經聚四氟乙烯含浸處理之該第二氣體擴散基材層之相對一側塗佈形成該一氧化碳轉化觸媒層；於介於100~300℃之溫度下施行熱處理該一氧化碳轉化觸媒層30分鐘； 於該一氧化碳轉化觸媒層上塗佈形成該第二微孔層；以及於介於350~450℃之溫度下施行熱處理30分鐘，以提供該第二複合氣體擴散層。
  28. 一種膜電極組結構之製造方法，包括：提供一質子交換膜，具有對應之一第一側與一第二側；提供一第一複合氣體擴散層，並將之設置於該質子交換膜之第一側，其中該第一複合氣體擴散層包括一第一氣體擴散基材層以及一第一微孔層；於該第一複合氣體擴散層之該第一微孔層上形成一陰極觸媒層；提供一第二複合氣體擴散層，並將之設置於該質子交換膜之該第二側，其中該第二複合氣體擴散層包括一第二氣體擴散基材層以及一第二微孔層，其中該第二氣體擴散基材層係經過一氧化碳轉化觸媒材料的沈浸處理；於該第二複合氣體擴散層之該第二微孔層上形成一陽極觸媒層；以及熱壓處理該第一複合氣體擴散層、該陰極觸媒層、該質子交換膜、該陽極觸媒層與該第二複合氣體擴散層，以形成該膜電極組結構。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之膜電極組結構之製造方法，其中提供該第二複合氣體擴散層包括：將該第二氣體擴散基材層含浸於含1~10wt%之聚四氟乙烯(PTFE)溶液中至飽和程度，取出晾乾後須再經過溫 度介於300~400℃之熱處理30分鐘；將經聚四氟乙烯(PTFE)溶液含浸處理之該第二氣體擴散基材層含浸於一氣化碳轉化觸媒材料之溶液中至飽和程度後取出晾乾；於介於100~300℃之溫度下施行熱處理30分鐘；於經聚四氟乙烯(PTFE)溶液與一氧化碳轉化觸媒材料沈浸處理之該第二氣體擴散基材層之一側塗佈形成該第二微孔層；以及於介於350~450℃之溫度下施行熱處理30分鐘，以提供該第二複合氣體擴散層。
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