CN1913206A

CN1913206A - 膜电极组件及其制备方法以及包含它的燃料电池系统

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Publication number: CN1913206A
Application number: CNA2006100794459A
Authority: CN
Inventors: 闵明基; 尹海权; 金占迪; 金惠雅; 权镐真
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP4686383B2; KR101201816B1; KR20060098756A; US20060199070A1; JP2006253136A; CN100459256C

Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池的膜电极组件及其制备方法，以及包括该膜电极组件的燃料电池系统。该膜电极组件包括聚合物电解质膜，直接喷涂到聚合物电解质膜两个表面的催化剂层，及布置在催化剂层的两个外表面的气体扩散层。

Description

膜电极组件及其制备方法以及包含它的燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种膜电极组件及其制备方法，以及包括该膜电极组件的燃料电池系统，更具体地，本发明涉及催化剂用量减少和形成三相界面效应改善的膜电极组件及其制备方法，以及包括该膜电极组件的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种发电系统，它将氧气和烃基材料例如甲醇、乙醇和天然气中的氢气反应获得的化学能转化为电能。

根据所用电解质的类型，燃料电池可以分为磷酸型、熔融碳酸盐型、固体氧化物型、聚合物电解质型或碱性型燃料电池。尽管每种燃料电池基本上根据相同的基本原理操作，但是燃料的类型、工作温度、催化剂和电解质可以根据燃料电池的种类选择。

近来，功率特性优于常规燃料电池、工作温度更低、启动和响应特性更快的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)已经发展起来。它具有可用于广阔的领域的若干优点，例如汽车中的可移动电源、用于家庭或公共建筑物的分散电源及使用小型电源的电子设备。

聚合物电解质燃料电池基本上由包括发电单元的电池组、重整器、燃料箱和燃料泵组成。电池组构成主体，燃料泵将存储在燃料箱中的燃料提供给重整器。重整器重整燃料产生氢气，并将氢气供应给电池组。

因此，聚合物电解质燃料电池将存储在燃料箱中的燃料通过燃料泵供应给重整器。然后，重整器重整燃料产生氢气，氢气和氧气在电池组中发生电化学反应产生电能。

一种不同类型的燃料电池为液体燃料直接引入电池组中的直接氧化燃料电池(DOFC)。直接氧化燃料电池的实例包括直接甲醇燃料电池。直接氧化燃料电池可以省略对于聚合物电解质燃料电池不可缺少的重整器。

根据上述燃料电池系统，发电单元具有多个单元电池层叠的结构，单元电池包括膜电极组件(MEA)和隔板(或者称为“双极板”)。

膜电极组件由被聚合物电解质膜分隔的阳极(称为“燃料电极”或“氧化电极”)和阴极(称为“空气电极”或“还原电极”)构成。

隔板不仅充当将反应需要的燃料供应给阳极和将氧气供应给阴极的通道，而且充当串联MEA中阳极和阴极的导体。

燃料的电化学氧化反应发生在阳极，氧气的电化学还原反应发生在阴极，由于该过程中产生的电子迁移，从而产生电、热和水。

燃料电池的阳极和阴极一般包括含有催化剂的催化剂层和促进气体扩散的气体扩散层，根据需要还可以包括微孔层(MPL)。

催化剂一般包括铂(Pt)，然而由于铂成本高，所以一般用碳担载。催化剂层最初形成于气体扩散层上并与电解质膜接触，从而制备膜电极组件。

为了提高膜电极组件的性能，理想地应该形成催化剂、电解质膜和反应气体(例如，燃料和氧化剂)之间的三相界面。然而，常规膜电极组件产生了未在催化剂层和电解质膜之间提供具有良好接触条件的理想三相界面的问题。而且，催化剂层较厚，这增加了未参与氧化/还原反应的催化剂的量。

发明内容

本发明的一个实施方案提供一种催化剂层直接涂敷到聚合物电解质膜两个表面上的膜电极组件。

本发明的另一个实施方案提供一种制备上述膜电极组件的方法。

此外，本发明的另一个实施方案还提供一种包括上述膜电极组件的燃料电池系统。

在一个实施方案中，本发明提供一种膜电极组件(MEA)，其包括聚合物电解质膜、直接喷涂到聚合物电解质膜两个表面上的催化剂层和布置在催化剂层两个表面上的气体扩散层。

在一个实施方案中，本发明提供一种制备膜电极组件的方法，该方法包括用水或硫酸水溶液润湿聚合物电解质膜；冷冻饱和的聚合物电解质膜到0℃或更低温度；在低于0℃的温度下，在冷冻的聚合物电解质层两个表面上直接喷涂催化剂层，得到催化剂涂敷膜(CCM)；冷压CCM；及在CCM的两个表面上布置气体扩散层，并进行热压。

在另外的实施方案中，本发明还提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括具有用于燃料电池的膜电极组件和插入该膜电极组件两个表面之间的隔板的发电部件，燃料供应器，及氧化剂供应器。

附图说明

通过结合附图参照下面的详细描述，对本发明更全面的理解和及其许多附带的优点将容易显而易见和更好地理解，附图中：

图1是根据本发明膜电极组件的一个实施方案剖视图；

图2是根据本发明在催化剂层和气体扩散层之间还包括微孔层的膜电极组件的一个实施方案剖视图；

图3是在冷冻的聚合物电解质膜两个表面上直接喷涂催化剂分散溶液的过程的一个实施方案示意图；

图4是可用于批量生产的涂敷过程的一个实施方案示意图；

图5是根据本发明燃料电池系统的一个实施方案的结构示意图；

图6是冷冻的聚合物电解质膜的光学照片；及

图7是用催化剂分散溶液喷涂的冷冻聚合物电解质膜表面特征的光学照片。

具体实施方式

图1是根据本发明膜电极组件的一个实施方案剖视图，图2是根据本发明在催化剂层和气体扩散层之间还包括微孔层的膜电极组件的一个实施方案剖视图。

在一个实施方案中，参照图1，膜电极组件10包括聚合物电解质膜11，直接喷涂在聚合物电解质膜11的两个表面上的催化剂层12、12′，及布置在催化剂层12、12′的外表面上的气体扩散层13、13′。此外，如图2所示，膜电极组件100的一个实施方案还可以在催化剂层12、12′与气体扩散层13、13′之间包括微孔层14、14′。

在一个实施方案中，膜电极组件形成如下：将水或硫酸水溶液施加到聚合物电解质膜上，冷冻该聚合物电解质膜，及在冷冻的聚合物电解质膜的两个表面上直接喷涂催化剂层。

因此，在一个实施方案中，膜电极组件的聚合物电解质膜可以包含水或硫酸，并具有60～100％由下式1所示的溶胀度：

式1：

溶胀度(％)＝V₁/V₂×100。

在式1中，V₁表示聚合物电解质膜中微孔层的体积，V₂是指完全饱和的聚合物电解质膜中微孔层的体积。

式1中的术语“完全饱和”是指该层不能进一步饱和的状态。

膜电极组件的常规聚合物电解质膜具有约10～30％上式定义的溶胀度。然而，根据一个实施方案，由于本发明实施方案的膜电极组件的聚合物电解质膜用水和硫酸水溶液饱和然后冷冻，所以该聚合物电解质膜具有60～100％式1定义的溶胀度。由于能够将溶胀度保持在上述范围内的膜电极组件在聚合物电解质膜的微孔中含有大量的水，所以其能够用于在低增湿或非湿度环境下运行的燃料电池中。而且，本发明实施方案的膜电极组件具有良好的质子传导性并促进三相界面的形成。

可以使用原子力显微镜(AFM)测量溶胀度。

在一个实施方案中，这些直接喷涂在膜电极组件两个表面上的催化剂层分别充当通过氧化反应产生电子和质子的用于阳极的催化剂，及充当通过还原反应产生水的用于阴极的催化剂。

在一个实施方案中，催化剂层的厚度为5到50μm，优选为8到25μm。如果厚度大于50μm，需要更大量的催化剂，会降低催化剂的利用率。如果厚度小于5μm，会降低氧化和还原反应的效率。

在一个实施方案中，催化剂层包括选自铂、钌、锇、铂-X合金(其中X是选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ti、V、Cr、Mn、Ru、Os、Sn、W、Rh、Ir、Pd及其混合物中的一种金属)及其组合中的至少一种金属催化剂。在一个实施方案中，阴极催化剂层包括选自铂、铂-Y合金(其中Y是选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ti、Cr、Mn及其混合物中的至少一种金属)及其组合中的至少一种金属催化剂。在另一个实施例中，阳极的催化剂层包括铂、铂-Z合金(其中Z是选自Cr、Sn、W、Rh、Ir、Pd、Fe、Co及其混合物中的至少一种金属)及其组合中的至少一种金属催化剂。

在一个实施方案中，金属催化剂可以由载体担载，载体可以包括，但不限于碳颗粒如乙炔黑、石墨、Vulcan-X、科琴黑(ketjen black)、碳纳米管、碳纳米纤维和碳纳米线(nanocoil)，及无机颗粒如氧化铝和二氧化硅。

此外，膜电极组件的聚合物电解质膜具有质子传导性，并起到将阳极产生的质子传递到阴极的离子交换膜的作用。

因此，在一个实施方案中，聚合物电解质膜包括选自全氟基聚合物、苯并咪唑基聚合物、酮基聚合物、酯基聚合物、酰胺基聚合物、酰亚胺基聚合物及其组合中的至少一种质子传导性聚合物。在另一个实施例中，至少一种质子传导性聚合物可以包括选自聚全氟磺酸、聚全氟羧酸、四氟乙烯和含磺酸基的氟乙烯基醚的共聚物、脱氟聚醚酮硫醚、芳基酮、聚(2，2′-(间亚苯基)-5，5′-双苯并咪唑)、聚(2，5-苯并咪唑)及其组合中的聚合物。根据本发明，包含在用于燃料电池的聚合物电解质膜中的质子传导性聚合物不限于这些聚合物。

在一个实施方案中，气体扩散层为布置在膜电极组件的催化剂上的炭纸或炭布，并且可以促进从组件外部供给的含氢的气体和含氧的气体的供应，从而促进三相界面的形成。

此外，另一个实施方案可以在催化剂层和气体扩散层之间包括微孔层，该微孔层包含传导性材料并由尺寸为几μm到几十μm的微孔构成。在一个实施方案中，传导性材料为选自石墨、碳纳米管(CNT)、富勒烯、活性炭、Vulcan-X、科琴黑、碳纳米纤维及其组合中的至少一种。

在一个实施方案中，为了改善膜电极组件的催化剂层与电解质膜之间的接触，及节约催化剂的用量，可以在根据本发明膜电极组件的聚合物电解质膜上直接涂敷催化剂层。

当按照常规方法用催化剂层直接涂敷聚合物电解质膜时，聚合物电解质膜遭受溶胀，该溶胀太不平衡，而不能提供均匀的涂层。然而，根据本发明制备膜电极组件的方法，由于催化剂层涂敷在饱和的、冷冻的聚合物电解质层上，所以可以提供具有均匀溶胀状态的催化剂涂敷膜(以下称为“CCM”)。

根据本发明的实施方案，制备用于燃料电池的膜电极组件的方法包括用水或硫酸水溶液饱和聚合物电解质膜；在0℃或更低温度下冷冻饱和的聚合物电解质膜；在冷冻的聚合物电解质层的两个表面上直接喷涂催化剂层，制得催化剂涂敷膜(CCM)；冷压CCM；及在CCM的两个表面上布置气体扩散层，并进行热压。

在一个实施方案中，聚合物电解质膜包括质子传导性聚合物，该质子传导性聚合物可以选自全氟基聚合物、苯并咪唑基聚合物、酮基聚合物、酯基聚合物、酰胺基聚合物、酰亚胺基聚合物及其组合。在一个实施方案中，至少一种质子传导性聚合物可以包括选自聚全氟磺酸、聚全氟羧酸、四氟乙烯和含磺酸基的氟乙烯基醚的共聚物、脱氟聚醚酮硫醚、芳基酮、聚(2，2′-(间亚苯基)-5，5′-双苯并咪唑)、聚(2，5-苯并咪唑)及其组合中的聚合物。根据本发明，包含在用于燃料电池的聚合物电解质膜中的质子传导性聚合物不限于这些聚合物。

在一个实施方案中，为了防止直接涂敷在催化剂层上时可能产生的聚合物电解质膜的溶胀，在冷冻之前聚合物电解质膜用水或硫酸水溶液饱和，其中硫酸水溶液的浓度为2M或更低，优选为0.5～1M。

在一个实施方案中，饱和的聚合物电解质膜在0℃或更低温度、优选-200到0℃、更优选-100℃到0℃、最优选-20到-5℃下进行冷冻过程。尽管冷冻温度越低越好，但是温度低于-200℃时成本显著增加。

在一个实施方案中，在冷冻的聚合物电解质膜两个表面上都形成催化剂层，从而制得CCM，该过程包括下列步骤：将催化剂和质子传导性聚合物溶液引入到凝固点为0℃或更低的有机溶剂中，以分散催化剂；及喷涂形成催化剂层，其中催化剂分散溶液直接喷涂和涂敷到冷冻的聚合物电解质膜的两个表面上。

图3是在冷冻的聚合物电解质膜两个表面上直接喷涂催化剂分散溶液过程的一个实施方案示意图。如图3所示，掩模31布置在聚合物电解质膜11的两个表面上，控制催化剂层的形状和位置，并用固定装置32如夹子等固定掩模31。从喷嘴33喷出的催化剂分散溶液34按照掩模形状涂敷在聚合物电解质膜11上。

毫无疑问，根据本发明制备膜电极组件的方法不限于图3所示的过程。

在一个实施方案中，喷涂过程中的喷涂和涂敷步骤可以每次在聚合物电解质膜的一个表面上进行，或者同时在两个表面上进行，使其适于批量生产。

图4是可用于批量生产的涂敷过程的一个实施方案示意图。如图4所示，催化剂涂敷过程包括在催化剂分散溶液喷嘴41的周围设置突出部分42，以减少催化剂分散溶液43的浪费，并将几个喷嘴41分配给聚合物电解质膜11的每个表面，进行催化剂分散溶液43的喷涂过程。在另一个实施例中，如图4所示的批量生产过程具有这样的优点，即通过优化(advancing)聚合物电解质膜，有可能连续进行催化剂涂敷过程和压制过程。

根据本发明制备膜电极组件的方法不限于图4所述的过程。

在一个实施方案中，喷涂过程的温度为0℃或更低，优选为-80℃到0℃，更优选为-20℃到-5℃。如果喷涂过程在低于-80℃的温度下进行，催化剂分散溶液会在喷嘴冻结。

在一个实施方案中，用于制备催化剂分散溶液的有机溶剂可以包括选自异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇及其组合中的至少一种。

在一个实施方案中，用于形成催化剂层的催化剂包括选自铂、钌、锇、铂-X合金(其中X是选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ti、V、Cr、Mn、Ru、Os、Sn、W、Rh、Ir、Pd及其混合物中的至少一种金属)及其组合中的至少一种金属催化剂。在一个实施方案中，用于阴极的催化剂包括选自铂、铂-Y合金(其中Y是选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ti、Cr、Mn及其混合物中的至少一种金属)及其组合中的至少一种金属催化剂。在一个实施方案中，用于阳极的催化剂层包括选自铂、铂-Z合金(其中Z是选自Cr、Sn、W、Rh、Ir、Pd、Fe、Co及其混合物中的至少一种金属)及其组合中的至少一种金属催化剂。

在一个实施方案中，金属催化剂可以由载体担载，其中载体可以包括，但不限于碳颗粒如乙炔黑、石墨、Vulcan-X、科琴黑、碳纳米管、碳纳米纤维和碳纳米线，及无机颗粒如氧化铝和二氧化硅。

担载的金属催化剂商业上可以得到，或者通过利用一般公知的方法来担载金属催化剂而制得，在本文中省略其详细描述。

在一个实施方案中，用于形成催化剂层的质子传导性聚合物溶液可以包括选自全氟基聚合物、苯并咪唑基聚合物、酮基聚合物、酯基聚合物、酰胺基聚合物、酰亚胺基聚合物及其组合的聚合物。在另一个实施方案中，至少一种质子传导性聚合物可以包括选自聚全氟磺酸、聚全氟羧酸、四氟乙烯和含磺酸基的氟乙烯基醚的共聚物、脱氟聚醚酮硫醚、芳基酮、聚(2，2′-(间亚苯基)-5，5′-双苯并咪唑)、聚(2，5-苯并咪唑)及其组合的聚合物。

在一个实施方案中，所制得的由催化剂层构成的CCM进行冷压过程，其中冷压温度为10到100℃，优选为30到80℃。如果冷压温度低于10℃，CCM太硬而不能促进催化剂层和聚合物电解质层之间的充分粘结。如果温度高于100℃，由于冻结的水蒸发会导致GDL层或催化剂层的恶化。

在一个实施方案中，冷压的CCM的催化剂层的厚度为10到60μm，优选为10到50μm。

然后，根据实施方案，将制得的催化剂层与气体扩散层接触放置，或者如果气体扩散层的表面具有微孔层，则将CCM的催化剂层与微孔层接触放置；并热压，制备膜电极组件。

在一个实施方案中，气体扩散层为炭纸或炭布，介于催化剂层和气体扩散层之间的微孔层可以包括传导性材料，并且可以由尺寸为几μm到几十μm的微孔构成。在一个实施方案中，传导性材料是选自石墨、碳纳米管(CNT)、富勒烯、活性炭、Vulcan-X、科琴黑、碳纳米纤维及其组合中的至少一种材料。

此外，在一个实施方案中，热压温度为100到135℃，优选为120到130℃。如果热压温度低于100℃，不容易粘附。如果热压温度高于135℃，可能使膜结构倒坍。

在一个实施方案中，根据本发明制得的膜电极组件优选具有60到100％式1所示的聚合物电解质膜的溶胀度。

在一个实施方案中，膜电极组件用水或硫酸水溶液饱和，以溶胀聚合物电解质膜中的微孔。如果冷冻饱和的聚合物电解质膜，微孔会进一步溶胀。在一个实施方案中，所制备的溶胀聚合物电解质膜直接由催化剂层构成，压制得到膜电极组件。从而，能够使微孔维持在溶胀状态下并保持足够的水分。因此，本发明实施方案中的膜电极组件能够在低增湿或非湿度环境下运行，并具有良好的质子传导性和良好的形成三相界面的作用。

图5是根据本发明燃料电池系统的一个实施方案的示意图。如图5所示，燃料电池系统包括a)发电部件52，该发电部件52包括i)用于燃料电池的膜电极组件10和ii)布置在膜电极组件两个表面上的隔板51，b)燃料供应器53，及c)氧化剂供应器54。

在一个实施方案中，燃料电池系统可用于聚合物电解质燃料电池(PEMFC)、优选直接氧化燃料电池(DOFC)、更优选直接甲醇燃料电池(DMFC)中。在一个实施方案中，在聚合物燃料电池中还可以包括重整器，以由含氢的燃料产生氢气。

下面的实施例进一步详细说明本发明，但并不是对本发明范围的限制。

实施例

实施例1

将聚全氟磺酸膜(DuPont的NAFION^TM)浸渍在水中完全饱和并在-10℃冷冻。

图6是冷冻的聚全氟磺酸膜的照片。

此外，将1g炭载铂催化剂(铂量：20％重量)和6g 5％的聚全氟磺酸溶液(DuPont的NAFION^TM)与2g 98％的异丙醇(IPA)混合，用超声波搅拌器和磁力搅拌器搅拌，制备催化剂分散溶液。

在-25℃下，将制得的催化剂分散溶液喷涂在冷冻的聚全氟磺酸膜的两个表面上，并在60℃下冷压，制得厚度为15μm的催化剂层。

图7是其表面喷涂有催化剂分散溶液的冷冻聚全氟磺酸膜的照片。

此外，在催化剂层的两个外表面上层压两张由活性炭微孔层构成的碳织物，并在130℃的温度下热压，制备膜电极组件。

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，将聚全氟磺酸膜(DuPont的NAFION^TM)浸渍在1M硫酸水溶液中。制得的膜电极组件包括厚度为15μm的催化剂层。

对比例1

在两张碳织物上分别形成包含铂催化剂的阳极层和阴极层，并层压使其与聚全氟磺酸膜(DuPont的NAFION^TM)的两个表面接触，制备膜电极组件。制得的膜电极组件包括厚度为15μm的催化剂层。

在一个实施方案中，本发明的膜电极组件具有直接形成于冷冻的聚合物电解质膜两个表面上的催化剂层，使得催化剂层薄且均匀。因此，催化剂的利周率增加，所需催化剂的量减少。此外，在一个实施方案中，膜电极组件具有高的聚合物电解质膜溶胀度，使得即使在低增湿或非增湿条件下运行时也保持大量的水。由于实施方案中的聚合物电解质膜包括水或硫酸，所以该聚合物电解质膜可用于低增湿或非增湿的燃料电池系统。聚合物电解质膜与催化剂接触良好，使电解质膜-催化剂-气体的三相界面容易形成。

尽管已经参照几个实施方案详细描述了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，其中可以进行各种修改和替换，而不脱离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种用于燃料电池的膜电极组件，包括：

聚合物电解质膜；

直接喷涂到聚合物电解质膜两个表面上的催化剂层；及

布置在催化剂层的两个表面上的气体扩散层。

2.根据权利要求1的膜电极组件，其中所述聚合物电解质膜包括选自下列的质子传导性聚合物：全氟基聚合物，苯并咪唑基聚合物，酮基聚合物，酯基聚合物，酰胺基聚合物，酰亚胺基聚合物，及其组合。

3.根据权利要求1用于燃料电池的膜电极组件，其中所述催化剂层包括至少一种选自铂、钌、锇、铂-X合金及其组合中的金属，其中X是选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ti、V、Cr、Mn、Ru、Os、Sn、W、Rh、Ir、Pd及其混合物中的至少一种金属。

4.根据权利要求1用于燃料电池的膜电极组件，其在催化剂层和气体扩散层之间还包括微孔层。

5.根据权利要求1用于燃料电池的膜电极组件，其中所述聚合物电解质膜具有60～100％的溶胀度，该溶胀度由下式定义：

溶胀度(％)＝V₁/V₂×100

式中V₁表示聚合物电解质膜中的微孔体积，V₂是指完全饱和的聚合物电解质膜中的微孔体积。

6.一种制备用于燃料电池的膜电极组件的方法，包括：

用水或硫酸水溶液饱和聚合物电解质膜的两个表面；

在0℃或更低温度下冷冻饱和的聚合物电解质膜；

在0℃或更低温度下，在冷冻的聚合物电解质层的两个表面上直接喷涂催化剂层，得到催化剂涂敷膜(CCM)；

冷压CCM；及

在CCM的两个表面上布置气体扩散层，并进行热压。

7.根据权利要求6的方法，其中该聚合物电解质膜包括选自下列的质子传导性聚合物：全氟基聚合物，苯并咪唑基聚合物，酮基聚合物，酯基聚合物，酰胺基聚合物，酰亚胺基聚合物，及其组合。

8.根据权利要求7的方法，其中该聚合物电解质膜包括至少一种选自下列的质子传导性聚合物：聚全氟磺酸，聚全氟羧酸，四氟乙烯和含磺酸基的氟乙烯基醚的共聚物，脱氟聚醚酮硫醚，芳基酮，聚(2，2′-(间亚苯基)-5，5′-双苯并咪唑)，聚(2，5-苯并咪唑)，及其组合。

9.根据权利要求6的方法，其中所述冷冻是在-200到0℃的温度下进行的。

10.根据权利要求9的方法，其中所述冷冻是在-20到-5℃的温度下进行的。

11.根据权利要求6的方法，其中所述催化剂层是在-80到0℃的温度下形成的。

12.根据权利要求11的方法，其中所述催化剂层是在-20到-5℃的温度下形成的。

13.根据权利要求6的方法，其中所述催化剂层包括选自铂、钌、锇、铂-X合金及其组合中的至少一种金属，其中X是选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ti、V、Cr、Mn、Ru、Os、Sn、W、Rh、Ir、Pd及其混合物中的至少一种金属。

14.根据权利要求6的方法，其中所述催化剂层形成如下：用凝固点为0℃或更低的有机溶剂混合催化剂和质子传导性聚合物溶液，以分散催化剂，进而形成催化剂溶液；及喷涂该催化剂溶液，制得催化剂层。

15.根据权利要求14的方法，其中所述有机溶剂选自异丙醇，正丙醇，乙醇，甲醇，及其组合。

16.根据权利要求14的方法，其中所述质子传导性聚合物溶液包含选自下列的质子传导性聚合物：全氟基聚合物，苯并咪唑基聚合物，酮基聚合物，酯基聚合物，酰胺基聚合物，酰亚胺基聚合物，及其组合。

17.根据权利要求6的方法，其中所述冷压是在10到100℃的温度下进行的。

18.根据权利要求17的方法，其中所述冷压是在30到80℃的温度下进行的。

19.根据权利要求6的方法，其中所述热压是在100到135℃的温度下进行的。

20.根据权利要求19的方法，其中所述热压是在120到130℃的温度下进行的。

21.一种燃料电池系统，包括：

发电部件，该发电部件包括i)根据权利要求1～5中任一项的用于燃料电池的膜电极组件，及ii)布置在膜电极组件两个表面上的隔板；

燃料供应器；及

氧化剂供应器。