专利名称：：减少燃料电池退化的方法
技术领域：
：本发明涉及的是溶解情况与纯Pt类似的上述合金。当使用纯氢气作为燃料时，特别优选纯Pt作为阳极。当使用重整气体作为燃料时，Pt-Ru合金是特别优选的催化剂。纯Pt是优选用于PEMFC中阴极的催化剂。也可以使用非贵金属合金催化剂，特别是在非PEMFC中，以及当运行温度升高时。阳极和阴极还可以任选地包含其它能促进燃料电池运行的组分。这些组分包括，但不限于，电子导体(如碳)、离子导体(如基于全氟磺酸的聚合物或其它合适的离子交换树脂)。另外，电极通常还是多孔的，以使气体接触所述结构中存在的催化剂。燃料电极中催化剂的负载量必须足以催化发生的反应，具体取决于电极的组成，包括催化剂类型，存在的导电相和离子传导相的量和存在的孔隙度。催化剂的量在某种程度上取决于电池所需的寿命和性能水平。水平越高通常意味着性能更佳和寿命更长，但是也更贵，特别是在催化剂包含贵金属时。对于使用全氟磺酸基离聚物的Pt基催化剂来说，各电极上通常采用的负载水平为小于1毫克/厘米2，然而当能够达到性能或寿命要求时，更低的负载水平是优选的。所以，对于给定水平的性能和/或寿命，本发明可以使用较低的负载量，因为该方法减少或消除了运行过程中催化剂损失的量。催化剂损失的减少使得电池对于较长的运行时间具有更佳的性能。PEM燃料电池的电解质25可以是本领域已知的任何离子交换膜。这些膜包括，但不限于，含有以下物质的膜苯酚磺酸；聚苯乙烯磺酸；氟化-苯乙烯磺酸；全氟化磺酸；磺化聚(芳基醚酮)；含有酞嗪酮和酚基，以及至少一种磺化芳族化合物的聚合物；芳族醚、酰亚胺、芳族酰亚胺、烃或全氟化聚合物，其中一个或多个离子酸官能团与聚合物骨架连接。这类离子酸官能团可包括，但不限于，磺酸、磺酰亚胺或膦酸基团。另外，电解质25还可任选地包含一种加强剂以形成复合膜。较佳地，加强剂是聚合材料。聚合物优选是具有聚合纤丝的多孔微结构和任选的节点的微孔膜。这种聚合物优选是膨胀型聚四氟乙烯，但是也可以选择包含聚烯烃，包括但不限于聚乙烯和聚丙烯。离子交换材料浸渍了整个膜，其中离子交换材料基本上浸渍微孔膜，以使膜的内部体积基本上封闭(基本上如Bahar等在RE37307中所述的)，从而形成复合膜。本发明的方法包括将燃料电池阴极上的电化学电位保持在Pt腐蚀达到减少或消除的数值上的各种途径。因为在本申请中，电化学电位只能在相对意义上测量，所以在电池温度下测量的相对于氢的电化学电位(或者在文中就称为电位)。因此，在单位活度的氢在室温下流过合适的催化剂时，电极的电位为0伏(V)，而在酸性条件下、在相同的温度下单位活度的氧的电位是约1.23伏。这些数值是由热力学决定的，并以氢作为参比电极。在实验中实际测量值可能由于实际运行条件的差异而不同。因此，氢-空气燃料电池的电压取决于热力学因素，例如温度、压力、阳极和阴极中氢气和氧气的活度，以及动力学因素，例如所谓的电极过电位，过电位会阻止电位达到理论热力学值。此外，当测量有限活性区域内的燃料电池的电位时，在实验中测量的电位是平均电化学电位，即通过接触活性区域的整个表面在两个电极之间测量的电压。这是由在电极的整个活性区域中发生的全部局部反应产生的平均电位。局部电化学电位在电池的活性区域内的不同微观位置可能更高或更低。因为这些局部电位不容易通过实验测量，所以在本申请中没有进一步考虑。文中所用的平均开路电压是指除了高阻抗电压测量装置外没有外部负载存在时电池的平均电化学电位。下文将描述测量平均开路电压的具体方法。燃料电池的平均开路电位主要由阳极和阴极中使用的反应物决定，通常是氢(或含氢)气体和氧气(通常来自空气)。假如在阴极中存在在氢-空气反应设定的电位(一1.2伏)下能氧化的反应物，这些反应物就会被氧化。事实上，如本领域中众所周知的，大部分PEM燃料电池中所用的催化剂Pt在这些电位是热力学不稳定的。热力学上，该催化剂会被氧化或腐蚀，形成各种溶解的Pt物质。是否溶解和/或溶解的程度取决于各种动力学因素，例如在Pt表面上存在钝化层，对于溶解的过电位，局部pH条件等。然而，假如催化剂溶解，它能够迁移到电池中的其它位置，或者甚至有可能转移到电池以外。当pt溶解并迁移到电极以外的位置时，它不能再用作燃料电池反应的催化剂，所以有可能使电池的运行退化。本发明人已经惊奇地发现，可以通过运行方法或具体控制电极和/或MEA的结构或组成来最大程度地减少、甚至防止这种Pt溶解现象。本发明具有各个不同的方面，但是都拥有一个共同的主题使用各种不同途径中的一种或多种将阴极处的平均开路电压保持在比催化剂溶解的电位低的数值。在氢-空气燃料电池中使用Pt催化剂的情况中，本发明人已经发现通过将所述开路电位保持在小于约0.98伏，可以明显减少或者消除Pt溶解现象。下文更全面地描述了实现该目的的各种方法。尽管以下说明中利用氢-空气燃料电池中的Pt催化剂来阐述本发明，但是本领域技术人员应理解这些方法和途径是通用的。运用这些方法和途径时，可以使用其它催化剂(例如上述的那些)、其它燃料或氧化剂和除PEMFC以外的燃料电池(例如SOFC、MCFC、PAFC等)，并且可以采用不同的电池运行温度。本发明的一个实施方式是减少膜电极组件燃料电池的阴极中催化剂溶解的方法。该方法包括以下步骤(a)制备包含阳极、阴极和位于阳极与阴极之间的聚合物电解质膜的膜电极组件；(b)使用该膜电极组件组装燃料电池；(c)向该膜电极组件的阴极提供包含氧化剂的流体；(d)向该膜电极组件的阳极提供包含燃料的流体；(e)向阴极提供足量的还原剂，使阴极的平均开路电压保持在小于约0.98伏。文中所用的还原剂是在反应过程中能够贡献电子或导致其它物质得到电子的物质。或者，将平均开路电压保持在小于约0.95伏或0.90伏。该方法在燃料电池能够工作的所有温度下都能有效地进行。因为随着温度升高，催化剂溶解的速率往往增加，本发明在较高的燃料电池运行温度下特别有效。对于具有包含Pt的催化剂的PEM燃料电池，本发明可以在所有运行温度下进行，但是在85'C至150。C、特别是约90'C、约100。C、约ll(TC或约120'C的温度下特别有效。提供给阴极的还原剂可包含本领域中已知的化学上可作为还原剂的任何物质。还原剂应该是能起到以下作用的物质将平均开路电压保持在足够低，以至于可以减少或防止催化剂溶解，但是又将平均开路电压保持在足够高，这样功率输出不会受到严重影响。另外，还原剂本身应该不会影响燃料电池有效运行的能力。例如，还原剂不应该影响催化剂性能。在本发明的该实施方式中，一种优选的还原剂是氢气。因为氢气常用作阳极中的燃料，通常容易得到，所以在该方法中使用氢气是特别方便的。在本发明的一个实施方式中，在还原剂(例如氢气)进入燃料电池之前，就在外部将其提供给氧化气体(例如空气)。将足量的还原剂混入空气流中，使阴极的开路电压保持在比所需的0.98伏或0.98伏以下的电位更低的水平。在本文中，本发明人所述"在外部"提供还原剂表示在MEA或燃料电池的外部提供还原剂的任何情况，例如，在还原剂进入电池之前，将还原剂加入到阳极或阴极气体流中。在本发明的另一个实施方式中，还原剂在燃料电池的内部提供给阴极。在这里，"在内部"提供还原剂指不属于上述"在外部"提供还原剂的任何方法。在内部提供还原剂可以通过几种方法来实现。还原剂可以作为阳极流体的一部分存在，通过使用允许渗漏、扩散或以其它方式透过(crossover)的合适电解质膜，从阳极室通过电解质膜进入阴极室。例如，在使用包含氢气的燃料的那些电池中，可以对MEA进行设计，以便接受或增加能够从阳极透过到阴极的氢的量。氢透过是燃料电池文献中众所周知的现象。氢透过的程度是膜组成(包括其水合状态)的函数；温度；氢压；膜厚。一般来说，在本领域中，氢透过被认为会带来不利的影响，因为透过的燃料不能用于产生电流，即氢透过对燃料的效率造成不利的影响。本发明人已经惊奇地发现较低程度的透过是有利的，因为它可以降低阴极电位，减少或消除催化剂的溶解。实现该目的所需的量非常低，足以使燃料的效率只是略微下降。本发明的一个特定实施方式是通过使用非常薄的聚合物膜在内部向阴极提供氢。通过使膜变得更薄，更多的氢可以透过，从而降低了阴极电位。本发明人已经发现，通过使用包含全氟磺酸和任选的膨胀的聚四氟乙烯的薄膜，可以减少甚至消除Pt溶解。使用不同聚合物组合物的膜(例如上述的那些)将提供相同的效应，尽管对于各种不同的聚合物组合物，所需的确切厚度可不同。尽管薄膜往往在机械上不那么稳定，但是使用增强剂(例如Bahar等所述的那些)可以解决这种潜在的缺点。为了减少氢-空气燃料电池中Pt的溶解，包含全氟磺酸聚合物的膜的厚度优选小于12微米，甚至更优选小于8微米。尽管使用允许氢透过到阴极以减少或消除催化剂溶解的薄膜是实现本发明的一个特别容易的途径，但是本领域技术人员将认识到还有许多其它的方法可以实现同样的目的。与相同厚度的密膜相比，通过增加氢透过,使用具有较小的受控制的孔隙度的膜可以使还原剂(例如来自阳极的氢)在阴极内部生成。另一种途径是在膜中以规则的间隔特意设置一系列非常小(微米级或纳米级)的孔洞。还可以在提供给阳极的流体中放入对于膜具有特别高的透过性的还原剂，这样还原剂能够以高于燃料的速率透过膜，因此更容易降低阴极的开路电压。这些方法中的每一种都可以使还原剂在阴极内部生成，降低了平均开路电压，从而减少了催化剂溶解。本发明的另一个实施方式是给阴极提供一种固体，该固体有助于将平均开路电压保持在比Pt在燃料电池运行条件下溶解的临界值低的数值。这类固体可以用作牺牲物质，在Pt之前氧化或溶解，因此使阴极电位保持足够低，使得所需的催化剂(例如Pt)不会溶解。在前述情况中，如果固体被氧化到仍然为固体的状态，例如氧化到固体氧化物或氢氧化物，它们在燃料电池运行的过程中可以被还原到未氧化的状态。在这种"往返"反应中，固体在较高的电位下(例如在开路条件下)会发生氧化，然后当燃料电池在较低的电位运行时又还原到其初始状态。以这种方式工作的固体在燃料电池的整个寿命中会保持它们的保护作用，因为它们不会在氧化的过程中被除去。相反，它们分别在开路条件和运行条件下的氧化和还原状态之间往返变化。预计能够以这种方式工作的一种固体是Ir，Ir能够在金属Ir和Ir02之间往返变化。或者，加入到阴极中以保持开路电位低于Pt溶解的临界电位的固体本身可以溶解为离子物质。在此情况中，该固体可能在燃料电池运行的过程中被排除出电池，或者可能在远离电极的位置还原，该固体在这些位置是无效的。在此情况中，只要所述固体存在，它仅仅提供对Pt溶解的保护。当固体完全溶解时，固体不再提供保护。然而，根据预期的燃料电池寿命，可以加入足够的固体，以保护催化剂足够的时间，使该方法可行。预计可.以此方式作用的金属的例子是Ag。这类固体容易在制备电极的过程中加入，并且可以是金属、非金属或有机物质。它们可以作为纯物质、负载型物质(即在导电载体(例如碳)上的小金属颗粒)，或者作为能够通过后续处理(例如加热或化学处理)形成所需物质的前体加入到电极中。这类固体必须在燃料电池条件下容易溶解，必须在较高的电位下容易溶解，这样就不会严重地影响功率输出，但是电位低于Pt溶解的电位。在溶解后，它们一定不能因为污染或毒化催化剂而不利地影响燃料电池的性能。用于此实施方式的特定固体可根据标准电化序选择。在这类固体中，使用贵金属特别有利，因为贵金属容易得到，并且在溶解后往往不会影响催化活性。当反应可描述为氧化反应，即M—M++e-，其中M是化学物质时，本实施方式所用的贵金属是相对于氢具有正平衡电化学电位的金属。这些平衡电化学电位的数值在本领域中通常称为标准氧化电位。为了保护Pt不被溶解，所述固体的标准氧化电位应该大于O.O伏(氢的标准氧化电位)，但是小于Pt金属的标准氧化电位。可接受的贵金属可包括，但不限于CU、Ag、Pd、Os、Ru和Ir。在这些贵金属中，特别优选的是Ir和Ag，因为它们的电极电位低于Pt通常会溶解的电位，但是仍然相当高(大于约0.8伏)。本发明的另一个方面是一种通过目视和/或其它方式观察燃料电池测试后的电解质膜来简单确定Pt在燃料电池测试过程中的溶解程度的方法。为了实施该方法，必须除去电极，以观察裸膜。己经发现了实现该目的的方法，该方法包括(a)将MEA在溶剂中浸渍小于5分钟的一段时间；(b)在溶剂中，轻轻搅拌，并且任选地轻轻摩擦MEA，以从MEA的电解质上除去电极；(c)将电解质从溶剂中取出，干燥。任选地，在干燥之前，可以在水中洗涤膜，优选用去离子水洗涤。该方法可以使用本领域中己知的能够溶解电解质中所用的离聚物的任何溶剂，包括但不限于醇，具体包括乙醇或甲醇或异丙醇。在移去电极后，可以使用本领域中已知的任何技术由干燥的裸膜确定来自电极的Pt的存在，这些技术包括但不限于目视观察，其中观察到Pt由浅灰色转变为正常透明膜中的深棕色；x射线荧光；能量色散光谱；红外光谱；使用本领域中己知的各种技术的化学分析；x射线衍射等。另外，如果需要的话，保留在溶剂中的电极可以收集起来，干燥并分析。还发现了另一种从MEA中只除去一个电极的方法。在该方法中，不是将MEA浸渍在溶剂中，而是将溶剂缓慢地施加到膜电极组件的一个电极上，施加时间短于5分钟，然后用任何钝性工具或通过手工轻轻地摩擦以除去电极。在除去后，留下的膜/一个电极组件可直接干燥，或者优选地在用水洗涤后干燥。如果需要的话，也可以收集、干燥和分析除去的电极。实施例测试方法的说明膜电极组件使用几种类型的MEA来评价本申请中的发明。使用的MEA中的聚合物电解质膜由ePTFE增强的全氟磺酸离聚物的GORE-SELECT⑧复合膜(W.L.Gore&Associates,Inc.Newark,DE)或未增强的全氟磺酸膜，NAFION112离聚物膜(E.I.DuPontdeNemoursCompany,Wilmington,DE)组成。按照以下实施例中更全面的描述，使用各种不同厚度的GORE-SELECT⑧复合膜。NAFION⑧膜的厚度为50微米。在所有情况中，将Pt负载量为0.4毫克/厘米2的PRIMEA⑧系列5510电极(W.L.Gore&Associates,Inc.，Newark,DE)用作阳极和阴极。使用本领域中已知的标准方法将这些电极层叠在膜上。具体地，将膜放置在两个PRIMEA5510电极之间，放置到具有加热压盘的水压机(PHIInc，ModelB-257H-3-MI-X20)的压盘之间。将上压盘加热到180°C。将一片0.25"厚的GR⑧片(可从W.L.Gore&Associates,Elkton,MD购得)放置在各压盘和电极之间。向体系施加15吨的压力，保持3分钟，使电极与膜粘着在一起。按照下文所述，将这些MEA组装成燃料电池，并按下文所述进行测试。电池硬件和组件对于所有的实施例，使用标准25平方厘米活性区的硬件进行膜电极组件(MEA)的性能评价。该硬件在本申请的下文中称为"标准硬件"。标准硬件由在阳极和阴极侧都具有三通道蛇形流场(triplechannelserpentineflowfields)的石墨块组成。路径长度是5厘米，凹槽尺寸为0.70毫米宽X0.84毫米深。使用的气体扩散介质(GDM)是来自W.L.Gore&Associates的CarbelMP30Z的微孔层，并结合了CarbelCL的大孔层(W.L.Gore&Associates)。用具有5.0厘米X5.0厘米方形窗口的IO密耳硅橡胶垫片和下文中称为子垫片(sub-gasket)的l.O密耳的聚萘二甲酸乙二酯(PEN)膜(可从TekraCorp.,Charlotte,NC.购得)垫片组装电池。子垫片在阳极和阴极侧都具有4.8X4.8厘米的开放窗口，结果使MEA活性区域的面积为23.04厘米2。电池的组装步骤如下1.在工作台上放置25平方厘米的三通道蛇形设计流场(tripleserpentinechanneldesignflowfield)(由FuelCellTechnologies,Inc，Albuquerque,NM提供)。2.在流场上部放置10密耳厚的窗口形CHR(Furon)cohrelastic聚硅氧烷涂布的织物垫片(由TateEngineeringSystems,Inc.,Baltimore,MD提供)，该垫片的大小应使25厘米2的GDM适合位于其中。3.将一片GDM放置在垫片内，使MP-30Z层面朝上。4.在GDM的上部放置窗口形的聚萘二甲酸乙二酯(PEN)膜子垫片(可从TekraCorp.,Charlotte,NC.购得)，该垫片的大小应使它可以与所有面上的GDM略微重叠。5.在子垫片上设置阳极/膜/阴极体系，阳极面朝下。6.以相反的顺序重复步骤(2)至(4)，形成阴极室。用在阴极侧的垫片与用在阳极侧的垫片相同。7.将电池放置在虎钳中，将8个留挂螺栓拧紧到45英寸-磅。对燃料电池测试平台的说明在带有Teledyne燃料电池气体装置MEDUSARD-890B-1050/500125和Scribner负载装置(loadunit)890B的燃料电池测试平台中测试组装的电池。通过维持潮湿瓶子的温度，并且通过将平台和电池之间的所有入口管线加热到比瓶温高4。C以防止在该管线中发生任何冷凝，来小心控制测试过程中的湿度。对试验测量的说明在使用上述步骤组装电池并将电池连接到测试平台后，在下述的测试温度和压力下启动电池。首先在80'C的电池温度，以及100%的阳极和阴极入口气体相对湿度下调理电池。提供给阳极的气体是实验室级的氢气，流速比维持由电池中电流决定的氢在电池中的转化速率所需的流速大1.3倍(即化学计量比的1.3倍)。将经过过滤、压縮和干燥的空气以两倍于化学计量比的流速提供给阴极。调理电池2小时。调理过程包括在8(TC用完全湿化的氢气和空气在600mV(1分钟)、300mV(1分钟)和开路电位条件(0.5分钟)之间循环2小时。阳极和阴极侧的出口压力保持在200kPa。然后通过以下步骤获得极化曲线控制外加电位，在600mV开始，然后使电位以50mV的步幅降低到400mV，然后以50mV的步幅再回到900mV，记录每一步的稳态电流。在电位变到600mV和电位变到650mV之间记录开路电压(OCV)。在上述步骤后，对电池进行进一步测试，包括电位循环。电池在开路电压(OCV)和600mV之间反复循环，在各电位保持该电位1分钟，目的是加速催化剂溶解。在循环的OCV部分中，在整个测试中每隔15秒获取记录的开路电压，通过纯数字方法计算平均开路电压。对于各电池共施加12000次循环，即循环时间为400小时。在此测试中，对于阳极和阴极室，在OCV的最小流量分别设定为50和IOO厘米V分钟。对于阳极和阴极，在0.6伏的气体化学计量比分别设定为1.3和2.0。在测试过程中和/或测试完成后使用以下测量技术。膜的完整性(membraneintegrity)在测试前和测试后，使用物理针孔测试评价膜的完整性，进行的步骤如下1.移走电池的负载，设定开路条件，同时保持电池温度和进口处的相对湿度条件。然后使电池阳极和阴极侧的气体压力都降低到环境压力。2.切断阴极的气体进口与其气源的连接，并且加盖紧闭。然后将阴极出口处与流量计(Agilent⑧Optiflow420，ShimadzuScientificInstruments,Inc.)相连。阳极进口保持与H2供给相连，阳极出口保持与通风孔相连。3.将阳极气体流量提高到800厘米3/分钟，将阳极出口压力提高到比环境压力大2psi。4.使用流量计测量流过阴极出口的气体的量。5.由流量计上测得的流量的数量级确定膜是否失效。膜失效的标准确定为当在标准条件下H2的透过率(cross-overrate)大于2.5立方厘米/分钟氢时的漏率(leakrate)(相当于活性面积为23.04厘米2的电池中，透过电流密度为15毫安/厘米2)。扫描电子显微镜(SEM)在循环测试后，从电池组件中取出MEA。使用锋利的刀片从MEA上刮下小部分MEA，安装好，使用SEM(HitachiS4700)观察MEA的截面。以二次电子模式记录代表区域的显微照片，如果合适，还可以拍摄能量色散光谱(EDS)。具体地，记录膜中催化剂(即Pt)是否存在；如果存在，使用EDS确认它的组成。目视观察裸膜在进行SEM后，所有MEA样品进行"醇浸渍"处理，以除去膜上的两个电极。按照以下步骤在室温条件下进行观测1.将MEA的全部活性区域在试剂级醇(EMDChemicalsInc.)中浸渍一段较长的时间，足以使膜与电极之间的粘着松开，通常是几秒钟。2.取出MEA，立即浸泡在去离子水浴中，缓慢搅拌，直到电极脱离膜。在一些情况中，使用软塑料刮刀轻轻辅助电极的除去。3.按照需要重复步骤1-2，在以下情况中，一部分电极不需要完全除去。4.然后(例如)用纸夹或其它轻质物品轻压裸膜，在室温条件下悬挂几小时，至干燥。5.然后目视观察干燥膜变色、变薄或其它膜缺陷的信号。6.最后，使用工作台上的x射线荧光装置(购自SPECTROTITAN3Kleve:Germany的XRF)测量裸膜中Pt的含量，该装置预校准到以每平方厘米表面积上Pt的毫克数为单位显示的Pt含量。对比例Cl-C3组装电势，并使用表1所示的条件进行测试。实施例C-l和C-3使用35微米GORE-SELECT⑧膜，而实施例C-2使用50微米NAFION⑧膜。这些膜和相应的由这些膜制成的MEA在本领域是众所周知的。实施例Cl和C2的区别是阴极的湿度不同，从C-l中的0%增加到C-3中的50%。结果(表2)表明，在所有三种情况中都有明显的Pt损失，Pt从电极迁移到膜。通过目视观察(图2)、x射线荧光测量(表2)和SEM显微照片(图3)确认膜中Pt的存在。在接近阴极的一条带31中出现Pt(图3)，使用SEM中的x射线映射确认Pt的组成。实施例1-2:组装两个电池，进行测试以证明本发明。在实施例1中，在标准条件下，向提供给阴极作为氧化剂的空气中加入流量为2.5厘米V分钟的氢气，在外部向燃料电池中提供还原剂，在此情况中，还原剂就是氢。在整个测试过程中，氢气一直以该流量加入。在实施例2中，通过使用非常薄的GORE-SELECT⑧膜来提高氢透过而操纵膜，从而在内部提供还原剂，在此情况中，还原剂就是氢。电池运行条件与对比例C-3中所用的条件完全相同。结果(表2)表明在实施例1中，Pt溶解的程度比采用相同的运行条件的对比例C-3中低得多。通过目视观察(图2)、x射线荧光测量(表2)和SEM观察确认膜中Pt减少或不存在。在实施例2的情况中，Pt溶解完全消除-没有测试显示在膜中存在任何Pt(图2、图4和表2)。表l.对比例和本发明实施例的测试参数<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>虽然己经说明和描述了本发明的具体实施方式，但是本发明不应该受限于这些说明和描述。显然，变化和修改可以结合并表现为所附权利要求范围内的本发明的一部分。权利要求1.一种减少膜电极组件燃料电池的阴极中催化剂溶解的方法，所述方法包括以下步骤a.制备膜电极组件，该组件包括阳极、阴极和位于所述阳极与所述阴极之间的聚合物电解质膜；b.使用所述膜电解组件组装燃料电池；c.向所述膜电极组件的所述阴极提供包含氧化剂的流体；d.向所述膜电极组件的所述阳极提供包含燃料的流体；e.向所述阴极提供足量的还原剂，以将所述阴极的平均开路电压保持在小于约0.98伏。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于电压小于约0.95伏。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于电压小于约0.90伏。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于150'C之间的温度下运行。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于6.如权利要求4所述的方法，其特征在于7.如权利要求4所述的方法，其特征在于8.如权利要求4所述的方法，其特征在于9.如权利要求1所述的方法，其特征在于足量的还原剂提供给所述包含氧化剂的流体。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，提供给所述包含氧化剂的流体的所述足量的还原剂由外部来源提供。11.如权利要求IO所述的方法，其特征在于，向所述阴极提供的所述足量的还原剂包含氢气。12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，提供给所述包含氧化剂的,所述阴极的所述平均开路，所述阴极的所述平均开路，所述燃料电池在约85'C至，所述温度约为9(TC。，所述温度约为IOO'C。，所述温度约为ll(TC。，所述温度约为12(TC。，将向所述阴极提供的所述流体的所述足量的还原剂由内部来源提供。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述内部来源包含由提供给所述阳极的所述包含燃料的流体透过来的气体。14.如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述聚合物电解质膜包含全氟磺酸和任选地膨胀的聚四氟乙烯。15.—种燃料电池，包括阳极，阴极，位于所述阳极和所述阴极之间的聚合物电解质膜，用于向所述阴极提供包含氧化剂的流体的装置，用于向所述阳极提供包含燃料的流体的装置，用于向所述包含氧化剂的流体提供足量的还原剂以使所述阴极的平均开路电压保持在小于约0.98伏的装置。16.如权利要求15所述的燃料电池，其特征在于，所述聚合物电解质膜的厚度小于约12微米。17.如权利要求15所述的燃料电池，其特征在于，所述聚合物电解质膜的厚度小于约8微米。18.如权利要求15所述的燃料电池，其特征在于，所述阴极包含铂催化剂。19.如权利要求15所述的燃料电池，其特征在于，所述铂催化剂的负载量小于约0.1毫克/厘米2。20.如权利要求15所述的燃料电池，其特征在于，所述聚合物电解质膜还包含全氟磺酸和任选地膨胀的聚四氟乙烯。21.如权利要求l所述的方法，其特征在于，向所述阴极提供的所述还原剂包含标准氧化电位比Pt低但比氢高的固体。22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述固体选自贵金属。23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述固体选自Cu、Ag、Pd、Os、Ru和Ir。24.—种运行燃料电池的方法，所述方法包括以下步骤a.制备膜电极组件，其包括阳极、阴极和位于所述阳极与所述阴极之间的聚合物电解质膜；b.使用所述膜电极组件组装燃料电池；C.向所述膜电极组件的所述阴极提供包含氧化剂的流体；d.向所述膜电极组件的所述阳极提供包含燃料的流体；e.向所述阴极提供足量的还原剂，以将所述阴极的平均开路电压保持在小于约0.98伏。25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述阴极的所述平均开路电压小于约0.95伏。26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述阴极的所述平均开路电压小于约0.90伏。27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述燃料电池在约85'C至15(TC之间的温度下运行。28.如权利要求24所述的方法，其特征在于，将向所述阴极提供的所述足量的还原剂提供给所述包含氧化剂的流体。29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，提供给所述包含氧化剂的流体的所述足量的还原剂由外部来源提供。30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，向所述阴极提供的所述足量的还原剂包含氢气。31.如权利要求28所述的方法，其特征在于，向所述包含氧化剂的流体中提供的所述足量的还原剂由内部来源提供。32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述内部来源包含由提供给所述阳极的所述包含燃料的流体透过来的气体。33.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述聚合物电解质膜包含全氟磺酸和任选地膨胀的聚四氟乙烯。34.—种从膜电极组件中除去电极的方法，所述方法包括a.将MEA在溶剂中浸渍短于5分钟的一段时间；b.在所述溶剂中，轻轻搅拌，并且任选地轻轻摩擦所述MEA，以从所述MEA的电解质上除去电极；c.从所述溶剂中移出所述电解质，干燥。35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述溶剂是醇。36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述溶剂是乙醇。37.如权利要求34所述的方法，其特征在于，它还包括在干燥之前，在水中洗涤所述电解质的额外步骤。38.如权利要求34所述的方法，其特征在于，它还包括从所述溶剂中收集电极的额外步骤。39.—种从膜电极组件中除去一个电极的方法，所述方法包括a.将溶剂缓慢施加到所述膜电极组件的一个电极上，施加时间短于5分钟；b.轻轻摩擦所述电极，将它从所述膜上除去；c.干燥留下的膜/电极复合物。40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，它还包括在干燥之前，在水中洗涤膜的额外步骤。41.一种观察Pt从MEA的电极中溶解出来的方法，所述方法包括a.将MEA在溶剂中浸渍短于5分钟的一段时间；b.在所述溶剂中，轻轻搅拌并且任选地轻轻摩擦所述MEA，以从所述MEA的电解质上除去电极；c.从所述溶剂中移出所述电解质，干燥；d.确定所得干燥膜中Pt的存在。42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，所述溶剂是醇。43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述溶剂是乙醇。44.如权利要求41所述的方法，其特征在于，它还包括在干燥之前，在水中洗涤所述电解质的额外步骤。45.如权利要求41所述的方法，其特征在于，利用目视观察法来确定所述干燥膜中Pt的存在。46.如权利要求41所述的方法，其特征在于，利用x射线荧光来确定所述干燥膜中Pt的存在。47.如权利要求41所述的方法，其特征在于，使用能量色散光谱确定所述干燥膜中Pt的存在,全文摘要本发明是减少膜电极组件燃料电池的阴极中催化剂溶解的方法，所述方法包括以下步骤(a)制备膜电极组件，该组件包括阳极、阴极和位于所述阳极与所述阴极之间的聚合物电解质膜；(b)使用所述膜电极组件组装燃料电池；(c)向所述膜电极组件的所述阴极提供包含氧化剂的流体；(d)向所述膜电极组件的所述阳极提供包含燃料的流体；(e)向所述阴极提供足量的还原剂，以将所述阴极的平均开路电压保持在小于约0.98伏。文档编号H01M8/00GK101189749SQ200680004517公开日2008年5月28日申请日期2006年2月6日优先权日2005年2月11日发明者R·里德,S·J·C·克莱格霍恩,W·B·约翰逊,W·刘申请人:戈尔企业控股股份有限公司