[0048]
[0049] 其中，R1表不氢原子、1?素原子、羧基、羟基、已被取代的或未被取代的C ^C2tl烷基、 已被取代的或未被取代的C6-C3tl芳基、已被取代的或未被取代的C ^C2tl异烷基、已被取代的 或未被取代的C5-C3tl异芳基或者已被取代的或未被取代的C 7-c3(l烃基芳香烃。
[0050] 根据一示例性实施例，结构通式1的重复单元可以由结构通式2取代，结构通式2 为：
[0051]
[0052] 含有结构通式1或结构通式2的重复单元的热响应聚合物可以由包含结构通式3 的聚酯（N -异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM)作为示例来说明，结构通式3为：
[0053]
[0054] 其中，n的值为10到100000。
[0055] 在结构通式3中，聚合物的聚合度n的范围可以是10到10000或者10到1000。
[0056] -般地，聚酯（N -异丙基丙烯酰胺）在不高于32°C的温度下是亲水性的，在不低 于32°C的温度下是疏水性的。因此，在催化剂分散过程中，燃料电池的非工作温度下的亲水 性聚酯（N-异丙基丙烯酰胺）可以抑制粒子的凝聚。当燃料电池工作时，亲水性聚酯（N - 异丙基丙烯酰胺）将疏水性分配给电极催化剂以确保有效地排水。
[0057] 碳载体与热响应聚合物之间的选择性的键联可以通过化学键联完成。该化学键联 可以以酰胺键为例进行说明。也就是说，通过碳载体表面存在的羧基与热响应聚合物的末 端氨基之间的化学键联可以实现选择性的键联。这个反应可以在含有催化剂或不含催化剂 的酸溶液中进行。例如，可以使用1-乙基-3碳化二亚胺（3-二甲氨基丙基）（EDC)作为催 化剂。
[0058] 含有选择性绑定的热响应聚合物的电极催化剂具有基本结构，在这个结构中，金 属催化剂由作为催化剂载体的碳载体承载。在没有特别限制的情况下，现有技术中广泛使 用的任何催化活性材料都可用作金属催化剂。例如，金属催化剂可以是钼催化剂。钼催化 剂有利于燃料电池有效地发电。
[0059] 钼催化剂可以是可用在本技术领域中的任何一种金属。钼催化剂可以包括以下组 合中的至少一种金属，该组合由钼（Pt)、钮I (Pd)、钌（Ru)、铱（Ir)、锇（Os)、钼-钮I (Pt-Pd) 合金、钼-钌（Pt-Ru)合金、钼-铱（Pt-Ir)合金、钼-锇（Pt-Os)合金、钼（Pt)-M合金（其 中 M 为镓（Gd)、钛（Ti)、钒（V)、铬（Cr)、锰（Mn)、铁（Fe)、钴（Co)、镍（Ni)、铜（Cu)、银（Ag)、 金（Au)、锌（Zn)、锡（Sn)、钥（Mo)、钨（W)和铑（Rh))组成，但不限于以上金属。
[0060] 钼催化剂可以为纳米粒子，平均直径在IOnm或以下。在这种情况下，粒子的表面 积很大，足以确保催化剂足够的活性。例如，钼催化剂的平均直径可以从2nm到10nm。[0061] 金属催化剂由催化剂载体承载。催化剂载体可以是任何适合承载金属催化剂的载 体材料。催化剂载体较佳由碳材料制成。碳载体可以包括以下组合中的至少一种碳材料，该 组合由碳粉、碳黑、乙炔黑、科琴黑（ketjen black)、活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米 线、碳纳米角、碳气凝胶、碳冻凝胶以及碳纳米环组成。碳载体的平均直径范围可以是20nm 到50nm，但并不限于该范围。
[0062] 该碳承载的钼催化剂可以是任何市场上可买到的材料或通过将钼催化剂承载在 碳载体上直接制备的。承载催化剂的工艺是现有技术中为人熟知的，并且本领域技术人员 很容易理解。因此，此处省略了关于该工艺的详细描述。
[0063] 电极催化剂中可以形成小型孔。例如，平均直径在IOOnm或以下的孔的体积占催 化剂孔的总体积的30%或以上。
[0064] 孔的尺寸取决于催化剂固有的物理性质。也就是说，在决定孔的尺寸时，需要考虑 催化剂固有的物理性质，而不是催化粒子的尺寸、具体表面积以及表面特性。孔的尺寸可以 通过各种本领域已知的方法测量，例如，光学显微镜、电子显微镜、X射线散射、气体吸附、压 汞法、液态挤压、分子重量切割法、流体驱替方法以及使用脉冲NMR进行测量。
[0065] 在另一方面，本发明提供了膜电极组件，其包括阴极、与阴极相对设置的阳极以及 设置在阴极与阳极之间的电解质膜，其中阴极包含电极催化剂。
[0066] 在另一方面，本发明提供可具有该膜电极组件的燃料电池。
[0067] 例如，燃料电池可以是高分子电解质膜燃料电池（PEMFC)、磷酸燃料电池（PAFC) 或直接甲醇燃料电池（DMFC)。
[0068] 图3为燃料电池的一实施例的爆炸透视图。图4为构成图3的燃料电池的膜电极 组件（MEA)的剖视图。
[0069] 图3示意性示出的燃料电池1中，两个单元电池11夹在一对夹持件12之间。每 个单元电池11包括膜电极组件10和沿膜电极组件10的厚度方向设置在膜电极组件10的 两侧的双极板20。双极板20由导电材料或碳制成，并且与膜电极组件10联接。由于这种 结构，双极板20将氧气和燃料供应至膜电极组件10的催化层中从而起到继电器的作用。
[0070] 燃料电池1中单元电池11的数量是不受限制的。尽管图3仅示出了燃料电池1 中的两个单元电池11，但还是可以设置大量的单元电池。例如，根据燃料电池特性的需求可 设置几十到几百个单元电池。
[0071] 如图4所述，膜电极组件10包括电解质膜100、沿厚度方向设置在电解质膜100两 侧的催化层110、110'以及分别与催化层110、110'层叠设置的气体扩散层120、120'。气体 扩散层120、120'分别包括多孔层121、121'和载体122U22'。
[0072] 气体扩散层120、120'用于将供应的氧气和燃料扩散，该氧气和燃料通过双极板 20分别供应到催化层110、110'的整个表面上。气体扩散层120、120'较佳是多孔的，这样 便于使催化层11〇、11〇'中产生的水快速地排出，以及使空气顺利地流动。气体扩散层120、 120'需要具有导电性，以便将催化层110、110'中产生的电流转移。
[0073] 气体扩散层120、120'的载体122、122'可以由导电材料制成，如金属或碳材料。载 体122、122'的实例包括但不限于导电基体，如复写纸、碳布、碳毡和金属布。
[0074] 多孔层121、121'典型地可以包括具有小粒径的导电粉末，例如碳粉、碳黑、乙炔 黑、活性碳、碳纤维、富勒烯、碳纳米管、碳纳米线、碳纳米角或碳纳米环。
[0075] 如果构成多孔层121、121'的导电粉末的粒子尺寸太小，则会产生很大的压力，从 而导致气体扩散不充分。同时，如果导电粉末的粒子尺寸太大，也很难使气体均匀的扩散。 考虑到气体扩散效果，导电粉末的平均粒径一般限于IOnm到50nm的范围。
[0076] 气体扩散层120、120'可以是市场上可以买到的产品或通过在商用复写纸上镀覆 多孔层121、121'直接制备而成。在多孔层121、121'中，气体通过导电粉末粒子之间形成 的孔来扩散。多孔层121、121'的平均孔径并未特别限制，例如，可以是Inm到5 y m，5nm到 I U m，IOnm 到 500nm，或 50nm 到 400nm。
[0077] 考虑到各种因素，如气体扩散和电阻，气体扩散层120、120'的厚度可以设定在 200 iim到400 iim的范围内。例如，气体扩散层120、120'的厚度可以从IOOiim到350 iim， 更具体地说，从200μm到350μm。
[0078] 例如，催化层110、110'起到燃料电极（阳极）和氧电极（阴极）的作用。催化层 110U10都包括电极催化剂和粘接剂（binder)。催化层110、110'还都包括能增大电极催 化剂的电化学表面积的材料。电极催化剂已经在前描述过了，这里就不再详细解释了。
[0079] 催化层110、110'的厚度可以在IOiim到IOOiim的范围内。在这个范围内，可以 确保电极反应的有效活性，还可以防止电阻过度增大。例如，催化层11〇、11〇'中的每一个 的厚度可以在20μm到60μm的范围内，更具体地说，在30μm到50μm的范围内。
[0080] 催化层110、110 '还都包括粘接剂树脂以实现粘接强度的提升以及氢离子的转移。 粘接剂树脂较佳为质子导电聚合物树脂，更优选为侧链具有阳离子交换基的聚合物树脂， 阳离子交换基可以从由磺酸基、羧酸基、磷酸基、膦酸基及其派生物组成的组合中选择。优 选地，粘接剂树脂包括至少一种从由氟化高聚物、苯并咪唑聚合物、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、 聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮以及聚苯基喹噁啉（polyphenyIquinoxalines) 组成的组合中选择的质子导电聚合物。
[0081] 催化层110U10'、多孔层121、121'以及载体122、122'相互邻近设置，且其他功能 的层在需要的时候可以插设于其间。这些层构成了膜电极组件的阴极和阳极。
[0082] 电解质膜100设置在催化层110、110'之间并与催化层110、110'接触。电解质膜 100的材料没有特别限制。例如，电解质膜100可以用由聚苯并咪唑（PBI)、交联聚苯并咪 唑，聚酯（2, 5-苯并咪唑）（ABPBI)，聚亚胺？酯和改进的聚四氟乙烯（PTFE)组成的组合中 的至少一种聚合物制成。
[0083] 电解质膜100浸在磷酸或有机磷酸中。也就可以采用其他酸来代替磷酸。例 如，电解质膜100可以浸在磷酸基材料中，如多磷酸、膦酸（H 3PO3)、正磷酸（H3PO4)、焦磷酸 (H 4P2O7)、三磷酸（H5P3O