燃料电池体系

摘要

膜电极组件(MEA)可包括置于质子交换膜和阳极基材之间的电化学分离子层。MEA也可包括置于电化学分离子层和阳极基材之间的毒物-脱除催化剂。阳极电催化剂置于质子交换膜和电化学分离子层之间，而阴极电催化剂置于阴极基材和质子交换膜之间。

权利要求

1.一种燃料电池体系，它包括燃料电池和用以供应含气态氢气和中毒物种的反应物到燃料电池上的反应物供料，该燃料电池包括膜电极组件，该膜电极组件包括阴极基材；阳极基材；置于阴极基材和阳极基材之间的质子交换膜；和置于质子交换膜和阳极基材之间的电化学分离子层；置于电化学分离子层和阳极基材之间的毒物脱除催化剂；置于质子交换膜和电化学分离子层之间的阳极电催化剂；和置于阴极基材和质子交换膜之间的阴极电催化剂；

其中电化学分离子层不包括阳离子传导离聚物。

2.权利要求1的燃料电池体系，其中中毒物种包括一氧化碳。

3.权利要求2的燃料电池体系，其中电化学分离子层由碳和聚四氟乙烯组成。

4.权利要求3的燃料电池体系，其中电化学分离子层不包括阳离子传导材料。

5.权利要求3的燃料电池体系，其中毒物脱除催化剂包括脱除毒物的催化剂设备。

6.权利要求3的燃料电池体系，其中毒物脱除催化剂包括铂、钌及其结合物中的至少一种。

7.权利要求3的燃料电池体系，其中毒物脱除催化剂承载在催化剂载体上。

8.权利要求7的燃料电池体系，其中催化剂载体包括承载催化剂的催化剂载体设备。

9.权利要求7的燃料电池体系，其中催化剂载体包括碳、氧化钨、碳化钨及其结合物中的至少一种。

10.权利要求7的燃料电池体系，其中催化剂载体包括沸石、二氧化硅、氧化铝、氧化钛及其结合物中的至少一种。

2

11.权利要求8的燃料电池体系，其中毒物脱除催化剂的负载小于0.06mg/cm。

12.权利要求8的燃料电池体系，其中阳极电催化剂包括铂。

2

13.权利要求12的燃料电池体系，其中阳极电催化剂的负载小于0.06mg/cm。

14.权利要求3的燃料电池体系，其中质子交换膜包括选择性传导阳离子的膜设备。

15.一种燃料电池体系，它包括燃料电池组；和供应含气态氢气和中毒物种的反应物的反应物供料，该燃料电池组包括多个燃料电池，每一燃料电池包括膜电极组件，该膜电极组件包括：阳极基材；阴极基材；阳极毒物脱除催化组分；电化学分离子层；和阳极电催化组分；其中毒物脱除催化组分在气相反应位点处是活性的，和阳极电催化组分在电化学反应位点处是活性的；和其中毒物脱除催化组分和阳极电催化组分通过电化学分离子层物理隔离；和其中排列毒物脱除催化组分与阳极电催化组分，以便反应物物流接触毒物脱除催化组分和之后接触阳极电催化组分；其中电化学分离子层不包括阳离子传导离聚物。

16.权利要求15的燃料电池体系，其中毒物脱除催化组分是能处理反应物的物流气体以降低中毒物种浓度的催化组分。

17.权利要求16的燃料电池体系，其中中毒物种是一氧化碳。

18.权利要求17的燃料电池体系，其中选择阳极电催化组分，以便与和碳有关的速度相比，提高电化学反应速度。

19.权利要求17的燃料电池体系，其中选择阳极电催化组分，以便与和碳有关的速度相比，提高氢气氧化反应速度。

说明书

燃料电池体系

技术领域

[0001] 本发明涉及对电池电压反转(reversal)、电催化剂中毒和催化剂跨越(crossover)具有增加的耐用性的燃料电池体系。

[0002] 相关现有技术的说明

[0003] 燃料电池将燃料和氧化剂转化成电和反应产物。质子交换膜燃料电池使用由置于阳极和阴极之间的质子交换膜(“PEM”)(也称为离子交换膜)组成的膜电极组件(“MEA”)。阳极典型地包括电催化剂和粘合剂(它常常是聚四氟乙烯(PTFE)或其他疏水聚合物的分散体)，例如US5395705中所述，且也可包括填料(例如碳)。还公开了包括电催化剂和离聚物的阳极(例如US5998057)和包括电催化剂、离聚物与粘合剂的混合物的阳极(例如US5242765)。在电催化剂层内存在离聚物将有效地增加电催化剂的电化学活性表面积，这将要求离子传导路径到达阴极电催化剂，生成电流。阴极可类似地包括电催化剂和粘合剂。

[0004] 阳极和阴极可粘结或密封到PEM上，形成称为膜电极组件(MEA)的单一集成单元(integral unit)。MEA进一步置于两个液流板之间，形成燃料电池组件。这些板允许反应物接近MEA，充当电流继电器，并提供相邻电极支持。多个燃料电池组件可结合形成燃料电池组。

[0005] 在阳极，在PEM存在下，燃料，典型地氢气在电催化剂处反应，形成氢离子和电子。在阴极，在PEM存在下，在电催化剂处氧化剂反应，形成阴离子。PEM将燃料物流与氧化剂物流分离，并有助于氢离子从阳极迁移到阴极，在此它们与阴极处形成的阴离子反应。电子流经外电路，从而产生电流。净的反应产物是水。以下方程式中示出了在氢气燃料电池内的阳极和阴极反应：

[0006] H2→2H++2e- (1)

[0007] 1/2O2+2H++2e-→H2O (2)

[0008] 在实践中，燃料电池需要对操作条件的变化耐用，特别是在强加许多开关循环和/或要求动态、负荷跟踪(load-following)的功率输出的应用，例如机动车应用中。特别地，燃料电池需要对电催化剂中毒耐用，所述电催化剂中毒可降低燃料电池性能和/或耐久性。

[0009] 在一些氢气燃料电池体系中，在称为重整的工艺中，通过将烃基燃料电池，例如甲烷或氧化烃燃料，例如甲醇转化成氢气，生产氢气燃料。这一重整物燃料除了含有氢气以外，还含有小量杂质，例如一氧化碳，典型地其含量为约1％。可商购的燃料也可含有可能使燃料电池催化剂中毒并降低燃料电池性能的杂质水平。例如，众所周知的是，甚至1-10ppm水平的一氧化碳是电极内存在的贵金属电催化剂，尤其铂的严重毒物，它们吸附到电催化剂层上，从而阻挡电催化位点。这种电催化剂毒物导致燃料电池性能显著下降。

[0010] 例如Niedrach等人在Electrochemical Technology，Vol.5，1967，p318中公开了使燃料电池对电催化剂中毒更加耐用的一种方法，其中发现使用含铂/钌的双金属阳极电催化剂而不是单金属铂在典型的PEM燃料电池操作温度下显示出一氧化碳中毒效果的下降。因此，Pt-Ru催化剂典型地用作PEM燃料电池阳极的电催化剂。

[0011] 使燃料电池对电催化剂中毒更加耐用的另一种方法是在电催化剂层旁边或者在阳极流场板旁边布置一氧化碳过滤层，例如US6309769所公开的。在US6309769中的一些实施方案中，由钌(例如置于炭黑上的钌)形成一氧化碳过滤层。然而，在一氧化碳过滤层置于电催化剂旁边的情况下，燃料电池性能和/或耐久性可随着时间劣化。类似地，在一氧化碳过滤层置于流场板旁边的情况下，燃料电池对中毒的耐受性随着时间流逝下降。

[0012] 燃料电池还需要对电池电压反转耐久。当在一串连电池组中的燃料电池不可能生成充足的电流与该串连电池组中的其他电池同步时，发生电池电压反转。数个条件可导致PEM燃料电池电压反转，例如包括氧化剂不足，燃料不足，水不足，电池温度低或高，和与电池组件或结构有关的一些问题。与组内的其他电池相比，当一个或更多个电池经历更加极端程度的一个或这些条件时，通常发生反转。尽管这些条件中的每一个可导致负的燃料电池电压，但这一反转的机理和结果可随引起反转的条件而不同。在组内的电池组也可经历电压反转和甚至整个组可通过阵列(array)内的其他组被驱动为电压反转。除了与电压反转的一个或更多个电池有关的功率损失以外，这一情况还产生可靠度的担心。可发生非所需的电化学反应，这可能会有害地影响燃料电池组件。组件劣化会降低所影响的燃料电池，以及与其有关的组和阵列的可靠度和性能。

[0013] 可在阳极处，通过加速水解，而不是阳极组件氧化，使燃料电池更加耐受电池反转。这可通过在阳极处掺入额外的催化剂组合物，以促进水解反应来实现，正如US6936370中所述。在反转过程中，在阳极催化剂层内存在的水可水解，且可发生阳极组件，其中包括碳催化剂载体(若存在的话)的氧化(腐蚀)。优选发生水解而不是组件氧化。因此，通过掺入促进水解的催化剂组合物，可在水解中而不是在阳极组件的氧化中，消耗更多在电池反转过程中强制通过燃料电池的电流。在US6936370中公开的催化剂组合物当中，优选Pt-Ru合金、RuO2和其他金属氧化物混合物和/或含Ru的固体溶液。

[0014] US2004/0013935还公开了通过使用在任选的耐腐蚀载体上使用较高催化剂负载(至少60wt％催化剂)并掺入一些未承载的催化剂组合物加速水解反应的阳极，改进电池反转耐受度。所公开的优选组合物包括其特征在于化学式为RuOx和IrOx的氧化物，其中x大于1，和尤其为约2，和其中Ru与Ir的原子比大于约70∶30，和尤其约90∶10。

[0015] 然而，表明在一些燃料电池操作条件下Ru不稳定。例如，Piela等人(J.Electrochem.Soc.，151(12)，A2053-A2059(2004))公开了在直接甲醇燃料电池(DMFC)内，由Pt-Ru黑催化剂跨越Ru并在Pt阴极催化剂处再沉积。

[0016] 因此希望具有燃料电池体系，它对电催化剂中毒和电池电压反转以及催化剂跨越更加耐用。本发明的公开内容解决了这些需求并提供有关的优势。

[0017] 简要概述

[0018] 一个实施方案可概括为燃料电池和反应物供料(supply)用以供应含气态氢气和中毒物种的反应物到含膜电极组件的燃料电池上，该膜电极组件包括阴极基材；阳极基材；置于阴极基材和阳极基材之间的质子交换膜；以及置于质子交换膜和阳极基材之间的电化学分离子层；置于电化学分离子层和阳极基材之间的毒物脱除催化剂；置于质子交换膜和电化学分离子层之间的阳极电催化剂；和置于阴极基材和质子交换膜之间的阴极电催化剂。

[0019] 中毒物种可包括一氧化碳。电化学分离子层可由碳和聚四氟乙烯组成。电化学分离层可省去阳离子传导离聚物或阳离子传导材料。电化学分离子层可由碳组成。毒物脱除催化剂可包括铂、钌、锡、钼、镍、金、铁、钴、钯、金及其结合物。催化剂载体可以是沸石、二氧化硅、氧化铝和氧化钛及其结合物毒物脱除催化剂可包括铂、钌及其结合物。毒物脱除催化剂可承载在催化剂载体上。催化剂载体可以是碳、氧化钨、碳化钨及其结合物。毒物脱除催2
化剂的负载量可以小于约0.06mg/cm。阳极电催化剂可包括铂。阳极电催化剂负载可以小
2
于约0.06mg/cm。质子交换膜可以是全氟化膜，部分氟化膜和非氟化膜。

[0020] 一个实施方案可概述为燃料电池体系，它包括燃料电池组；和供应含气态氢气和中毒物种的反应物的反应物供料，该燃料电池组包括多个燃料电池，每一燃料电池包括膜电极组件，膜电极组件包括阳极基材；阴极基材；阳极毒物脱除催化组分；电化学分离子层；和阳极电催化组分；其中毒物-脱除催化组分在气相反应位点处是活性的，和电催化的催化组分在电化学反应位点处是活性的；其中毒物-脱除催化组分和电催化的催化组分通过电化学分离子层物理隔离；和其中排列毒物-脱除与电催化的催化组分，以便反应物物流接触毒物-脱除催化组分和之后接触电催化的催化组分。

[0021] 毒物-脱除催化组分可以是能处理反应物物流气体，降低中毒物种的浓度的催化组分。中毒物种可以是一氧化碳。与和碳有关的速度相比，电催化组分可提高电化学反应速度。与和碳有关的速度相比，电催化组分可提高氢气氧化反应速度。

[0022] 根据附图和下述详细说明，各实施方案的这些和其他方面将显而易见。

[0023] 附图中数幅附图的简要说明

[0024] 在附图中，相同的参考标记表示相同的元件或动作。在附图中元件的尺寸和相对位置不一定按比例画出。例如，各种元件的形状和角度没有按比例画出，和这些元件中的一些被任意放大和布置，以改进附图的清晰度。此外，所画出的元件的特定形状不打算覆盖关于特定元件的实际形状的任何信息，且为了在附图中任意识别的目的而唯一地选择。

[0025] 图1是燃料电池体系的示意图

[0026] 图2是根据所述实施方案的燃料电池体系用膜电极组件的截面示意图。

[0027] 图3是根据另一所述实施方案的燃料电池体系用膜电极组件的截面示意图。

[0028] 图4是电池电压对电流密度所作的图表。

[0029] 图5是电池电压对燃料组成所作的图表。

[0030] 图6是电池电压对时间所作的图表。

[0031] 图7是电池电压对电流所作的图表。

[0032] 详细说明

[0033] 此处提供的本发明公开内容的标题和摘要仅仅为了方便且不解释为实施方案的范围或含义。

[0034] 在下述说明中，列出一些具体的细节，以便提供所公开的各种实施方案的彻底理解。然而，相关领域的技术人员要意识到，可在没有一个或更多个这些具体细节的情况下，或采用其他方法、组件、材料等，实施该实施方案。在其他情况下，没有详细地描述或公开与燃料电池、MEA、流体流板和/或PEM有关的众所周知的结构，以避免不必要的妨碍说明这些实施方案。

[0035] 除非另有说明，在说明书和随后的权利要求当中，措辞“包括”及其变化，例如“含”和“包含”以开放式、包括端值的意义来解释，亦即，“包括，但不限于”。

[0036] 在整个说明书中，提到“一个实施方案”或“一种实施方案”是指与该实施方案相关描述的特定特征、结构或特征包括在至少一个实施方案内。因此，在整个说明书中，在各个位置处出现措辞“在一个实施方案中”或“在一种实施方案中”不一定全部是指相同的实施方案。此外，特定的特征、结构或特征可以任何合适的方式在一个或更多个实施方案中结合。

[0037] 在本说明书和所附权利要求中所使用的单数形式“一个、一、该(a，an，the)”包括复数个提到的物体，除非另有说明。还应当注意，术语“或”通常在包括“和/或”的意义上使用，除非另有说明。

[0038] 此处所使用的术语层或子层不一定是指层压体，而是可以指涂层、喷涂或贴花，或完全或仅仅部分覆盖、涂布或浸渍材料的其他沉积物。

[0039] 此处所使用的术语疏水要理解为相对术语，不是指任何特定的疏水值或大小。

[0040] 此处所使用的措辞“电化学分离”是指防止阳离子传导或基本上防止阳离子传导。

[0041] 此处所使用的术语结合物要理解为包括合金与混合物。

[0042] 本发明的教导尤其适合于燃料电池和含PEA的MEA，但本领域的普通技术人员会理解它们可与其他类型的MEA或燃料电池一起使用。

[0043] 已发现，电化学分离毒物脱除催化剂或者反转耐受催化剂，例如铂-钌与阳极电催化剂将消除任何这种催化剂或其离子到达和越过PEM到达电极的路径。

[0044] 还发现，在阳极流场板旁边沉积这种催化剂提供用未使用的反应物或反应产物，将催化剂从燃料电池中洗涤出的路径。进一步发现，在阳极基材和电化学分离子层之间沉积这种催化剂将防止这种催化剂洗涤出燃料电池，因此在氢气燃料内保持燃料电池对中毒物种，例如一氧化碳的耐受度以及保持燃料电池对电池反转的耐受度。

[0045] 图1示出了燃料电池体系10的一个实施方案，它包括置于阳极流场板20和阴极流场板30之间的MEA100。在操作中，燃料从提供气相氢气40的燃料源流动并进入阳极流场板和MEA100内。在下图2中将进一步描述MEA100。类似地，氧化剂从氧化剂源50流经阴极流场板30和MEA100。以下还描述了燃料电池体系10的操作。

[0046] 图2示出了MEA100，它包括阳极基材110、阴极基材120和置于其间的PEM130。电化学分离子层140置于毒物-脱除催化剂层150和阳极电催化剂层160之间，而它们统统置于阳极基材110和PEM130之间，结果阳极电催化剂层160比毒物-脱除催化剂层150更加邻近PEM130。MEA110进一步包括置于阴极基材120和PEM130之间的阴极电催化剂层170。

[0047] 阳极和阴极基材110、120是导电且多孔的材料。例举的合适的阳极和阴极基材110、120包括碳纤维纸，例如Toray Industries，Inc.(日本)供应的TGP-H或TGP-60材料，和由Ballard MaterialProducts，Inc.(Lowell，MA)供应的 材料，以及穿孔的挠性发泡石墨片材。另外，疏水子层材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)(未示出)可分散在阳极或阴极基材110、120内或其上。对于给定组的燃料电池操作条件来说，本领域的技术人员将容易地选择合适的阳极和阴极基材材料与子层。使用疏水子层是任选的。

[0048] 毒物-脱除催化剂层150催化水和/或氧气与燃料毒物，例如一氧化碳之间的反应，以便在燃料与阳极电催化剂层160内的阳极电催化剂相互作用之前，从燃料物流中有效地除去这种毒物。毒物-脱除催化剂层150可包括脱除或捕获对燃料电池有毒(即降低性能或效率)的元素和/或化合物的催化剂设备，例如含铂-钌(PtRu)、铂-锡(PtSn)、铂-钼(PtMo)、铂-镍(PtNi)、铂-金(PtAu)、铂-铁(PtFe)、铂-钴(PtCo)、铂-钯(PtPd)、铂-钨(PtW)或金纳米颗粒的聚集体、混合物或合金的催化剂材料。在毒物-脱除催化剂层150内的毒物-脱除催化剂材料可承载在催化剂载体设备，例如导电碳载体，导电非碳载体、电半导的非碳载体上，或者可以未承载。例举的合适的导电碳载体包括由CabotCorp.，Boston MA供应的Vulcan碳，乙炔黑(由Denki Kagaku KogyoKabushiki Kaisha，日本供应)或其他，例如石墨或石墨化碳。例举的合适的导电非碳载体包括金属氧化物，例如氧化钨(包括WO3)或金属碳化物，例如碳化钨(包括W2C和WC)。电半导载体，例如沸石、二氧化硅、氧化铝、氧化钛可与碳混合，以增加导电率，使得电阻损失下降到可接受的水平。在毒物-脱除催化剂层150内的催化剂载体材料(若使用催化剂载体)可以不同于阳极电催化剂层内的催化剂载体材料。对于给定组的燃料电池操作条件来说，本领域的技术人员会容2
易地选择合适的催化剂载体材料。毒物脱除催化剂的负载可以是小于或等于0.06mg/cm，这取决于燃料的质量。毒物-脱除催化剂层150可进一步包括碳并可选一步包括PTFE，以增加疏水性。

[0049] 电化学分离子层140可包括导电材料，例如碳、石墨或石墨化碳且也可包括PTFE以增加疏水性。电化学分离子层140应当足够多孔或微孔，以便允许反应物流动到阳极电催化剂层，允许产物水流出燃料电池，且应当足够导电，以便电阻损失下降到可接受的水平。

[0050] 例举的合适的碳材料包括由Cabot Corp.，Boston MA供应的炭黑或由Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha，日本供应的乙炔黑。对于给定组的燃料电池操作条件来说，本领域的技术人员会容易地选择合适的碳材料。在没有束缚于理论的情况下，电化学分离子层140电化学隔开毒物-脱除催化剂层150与阳极电催化剂层160，从而防止Ru和Ru物种跨越越过PEM到达阴极。这可通过确保没有来自PEM的离聚物材料来实现，或者酸性溶液位于整个电化学分离子层140当中。

[0051] 阳极和阴极电催化剂层160、170可分别包括任何燃料电池反应催化剂，其中包括贵金属，例如铂、钌、锡、钨和钼或其混合物或合金。或者，阳极和阴极电催化剂160、170可包括非贵金属催化剂，例如硫属化物。阳极和阴极电催化剂160、170可承载在导电载体上。例举的合适的导电碳载体包括由Cabot Corp.，Boston MA供应的碳，乙炔黑(由Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha，日本供应)或其他，例如石墨或石墨化碳。例举的合适的导电非碳载体包括金属氧化物，例如氧化钨(包括WO3)或金属碳化物，例如碳化钨(包括W2C和WC)和过渡金属磷化物，例如在标题为“Catalyst Support for Fuel Cell”的美国专利申请60/829946中公开的那些。阳极和阴极电催化剂160、170可具有相同或不同的组成。对于给定组的燃料电池操作条件来说，本领域的技术人员会容易地选择合适的阳极和阴极电催化剂160、170。

[0052] PEM130可以是选择传导阳离子的膜设备形式，例如全氟化、部分氟化或非氟化的TM离子交换膜。例举的合适的PEM130包括 (由DuPont 供应)、Gore-
(由GoreTM供应)、 (由BallardPower Systems，Inc.，加拿大供应)和
(由Asahi KaseiCorp.，日本供应)。对于给定组的燃料电池操作条件来说，本领域的技术人员会容易地选择合适的PEM材料。

[0053] 可使用密封框(未示出)，密封MEA到流场板上，以提供MEA结构支持。密封框可以是聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺和热固性树脂。密封框可以是在密封之后，赋予所得密封的MEA所需刚度的硬质层压体材料。密封框也可含有压力活化的粘合剂，例如硅酮或丙烯酸基粘合剂，或者可含有热活化的粘合剂，所述热活化的粘合剂可以是热固性树脂、热塑性树脂或其结合物。对于给定组的燃料电池操作条件来说，本领域的技术人员会容易地选择合适的框材料和粘合剂材料。密封框可进一步具有含传输反应物和反应产物的端口的翼区(wingarea)(未示出)。

[0054] 在操作中，燃料从具有气相氢气的燃料源40流动并进入阳极流场板20。燃料首先与毒物-脱除催化剂层150内的催化剂材料相互作用，除去中毒杂质，例如一氧化碳。燃料然后经电化学分离子层140行进到阳极电催化剂层160，在此它在以上所述的PEM130存在下被催化，产生离子和电子。电子流经外电路(未示出)到达阴极。类似地，氧化剂从氧化剂源50经阴极流场板30和经阴极基材120流动，在此如上所述地产生水。电化学分离子层140防止毒物脱除催化剂材料越过进入阴极。此外，在阳极基材110和电化学分离子层140之间布置毒物脱除层将防止催化材料洗出燃料电池。

[0055] 图3示出了替代的实施方案，MEA100a，它包括阳极基材110、阴极基材120、催化剂涂布的膜130a、电化学分离子层140和毒物-脱除催化剂层150。催化剂涂布的膜(CCM)130a包括阳极置于CCM130的两个主要表面上的电催化剂层(未示出)和阴极电催化剂层(未示出)。

[0056] 可通过在阴极基材110和阳极基材120之间布置CCM130a，在阳极基材110和CCM130a之间布置毒物-脱除催化剂层150，和在毒物-脱除催化剂层150与CCM130a之间布置分离子层，从而制备MEA100a。

[0057] 实施例

[0058] 特氟隆化PTFE含量为18％的获自Toray的碳纤维(TGP-60)，得到阳极基材层。

[0059] 通过混合(a)500g HiSPEC 5000(包括承载在Vulcan碳上的20％Pt和10％Ru催化剂，商购于Johnson Matthey)，(b)120g Denka碳，(c)266g 60％PTFE溶液，(d)68g甲基纤维素，和(e)3678g去离子水，以墨水(ink)形式制备毒物-脱除层。毒物-脱除层墨水然后涂布在阳极基材上并在365℃下烧结，从而留下Pt-Ru毒物-脱除催化剂层。然后在180℃下，在空气中干燥具有毒物-脱除层的阳极基材。

[0060] 通过混合92.42％去离子水，与4.54％干粉Denka炭黑，1.95％获自E.I.Dupont的PTFE固体分散体，1.01％获自Dow Chemical的MethocelA4M Premium 4000 CPS 2wt％甲基纤维素，和1.08％获自St.LawrenceChemical的Surfynol DF 110D消泡剂，制备电化学分离子层。经50分钟加热该混合物到80℃，和在约200mba r下真空脱气70分钟，生产墨水淤浆。子层墨水淤浆然后K-涂布在具有毒物耐受层的阳极基材上，室温干燥，并借助两步烧结在250℃和365℃下烧结，每一次各10分钟，从而留下由79.5％碳和20.5％PTFE组成的子层。

[0061] 采用阳极电催化剂层和阴极电催化剂层，制备单独的催化剂涂布的膜(CCM)，其中阳极电催化剂层和阴极电催化剂层各自包括布置在任何一侧上的碳承载的铂。(具有毒物-脱除催化剂层和子层的)阳极基材、CCM和阴极基材在160℃下和在20bar的压力下粘结2.5分钟。

[0062] 图4示出了以上所述的实例结构和常规结构的极化(polarization)曲线性能比较，所述常规结构由置于含铂的阴极电催化剂层与含铂和钌的阳极电催化剂层(各自分别置于气体扩散层之间)之间的PEM组成。极化曲线表明与常规结构相比，以上所述的实例结构没有负面的性能影响。

[0063] 图5示出了与常规结构相比，实例结构的一氧化碳耐受性。

[0064] 图6示出了在-0.2A/cm2下，与常规结构相比，实例结构令人惊奇地改进的反转耐受性。

[0065] 图7示出了与常规结构相比，实例结构的改进的钌跨越。

[0066] 所述实施方案的以上说明，其中包括主要中描述的那些，不打算为穷举或限制所公开的实施方案到精确的形式。尽管此处为了阐述目的描述了具体实施方案和实施例，但可在没有脱离本发明公开内容的精神和范围的情况下，作出各种等价的改性，这是相关技术领域的技术人员会意识到的。此处各种实施方案中提供的教导可应用到MEA上，不一定是以上通常所述的例举的PEM MEA。

[0067] 可结合以上所述的各种实施方案，提供进一步的实施方案。在它们与此处的具体教导和定义不一致的情况下，在本说明书中提到和/在著录项目页中列出的所有上述美国专利、美国专利申请公布、美国专利申请、国外专利、国外专利申请和非专利公布在此通过参考全文引入。

[0068] 可鉴于以上详述的说明，对这些实施方案作出这些和其他变化。一般地，在下述权利要求中，所使用的术语不应当解释为限制权利要求到说明书和权利要求中公开的具体的实施方案上，而是应当解释为包括所有可能的实施方案以及这些权利要求被给予的全部等价范围。因此，没有通过本发明的公开内容来限制权利要求。