技术领域本申请涉及化学电池领域，具体而言，涉及一种膜电极与包含其的燃料电池。
背景技术：
燃料电池是一种采用非燃烧的方式将化学能转化为电能的发电装置，具有环境友好、安全可靠和易于操作等优点。由于不受卡诺循环的限制，其直接发电效率可达45％，热点联供效率可达90％以上，可广泛应用于备用电源、分布式电站和汽车动力等多个领域。燃料电池的种类较多，其中，质子交换膜燃料电池具有电流密度大、比功率高和可室温快速启动等优势，具有很深的发展潜力。但是，现有技术中的燃料电池基本都存在性能较差与寿命较低的问题。
技术实现要素：
本申请的主要目的在于提供一种膜电极与包含其的燃料电池，以解决现有技术中燃料电池的性能较差的问题。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种膜电极，上述膜电极包括依次叠置的阴极扩散层、阴极催化层、质子膜、阳极催化层和阳极扩散层，上述阴极催化层中设置有阴极催化剂，上述阳极催化层中设置有阳极催化剂，其中，以上述叠置的方向为第一方向，与上述第一方向垂直的方向为第二方向，上述阴极催化层中上述阴极催化剂的含量在第二方向的分布与阴极电流密度在上述第二方向的分布正相关；和/或上述阳极催化层中上述阳极催化剂的含量在上述第二方向的分布与阳极电流密度在上述第二方向的分布正相关。进一步地，上述第二方向与上述膜电极的一条边界线平行，第三方向与上述第一方向垂直，且上述第三方向与上述第二方向垂直，上述阴极催化层中上述阴极催化剂的含量在第三方向的分布与上述阴极电流密度在上述第三方向的分布正相关。进一步地，上述阴极催化层中上述阴极催化剂的含量与上述阴极电流密度成正比。进一步地，上述第二方向与上述膜电极的一条边界线平行，第三方向与上述第一方向垂直，且上述第三方向与上述第二方向垂直，上述阳极催化层中上述阴极催化剂的含量在第三方向的分布与上述阳极电流密度在上述第三方向的分布正相关。进一步地，上述阳极催化层中上述阳极催化剂的含量与上述阳极电流密度成正比。进一步地，上述阳极催化层的厚度1～100μm之间，优选上述阴极催化层的厚度1～100μm之间。进一步地，上述阳极催化剂为Pt/C催化剂，优选上述阴极催化剂为Pt/C催化剂。为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，提供了一种燃料电池，该燃料电池包括至少一个膜电极，该膜电极为上述的膜电极。应用本申请的技术方案，阴极催化剂和/或阳极催化剂的含量在第二方向上的分布不均匀，且与第二方向上的对应的电流密度分布正相关，使得催化剂含量和电流密度对催化剂的需求量形成适当匹配，这样不但可以避免或缓解由于催化剂含量较少导致的致燃料电池的性能变差的问题与寿命降低的问题，且在对应的电流密度较小的位置，催化剂也较少，从而不会造成催化剂的浪费。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1示出了根据本申请的一种典型的实施方式提供的膜电极的结构示意图；图2示出了一种实施提供的电流密度的分布示意图；以及图3示出了一种实施提供的电流密度的分布示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、阴极扩散层；20、阴极催化层；30、质子膜；40、阳极催化层；50、阳极扩散层。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如背景技术所介绍的，现有技术中的燃料电池存在性能较差与寿命较低的问题，为了解决如上的技术问题，申请人对影响燃料电池性能和寿命的因素进行了大量研究，并且意外发现，反应电流密度(简称电流密度)不仅与反应气的浓度大小有关系，而且与催化剂的用量多少有直接关系，而二者之间的关系直接影响了燃料电池的性能和寿命。在此基础上，本申请发明人对电流密度和催化剂用量之间的关系进行了深入研究，并发现以下规律：电流密度大的位置需要的催化剂的量多，电流密度小的位置需要的催化剂的量少。但是，现有技术中的膜电极中阳极催化剂层与阴极催化剂层中的催化剂是均匀分布的，如果按照电流密度较大的位置设置催化剂的量，对于电流密度的小的位置，将导致催化剂的浪费；如果按照电流密度较小的位置设置催化剂的量，对于电流密度大的部分，由于催化剂含量较低，而导致燃料电池性能变差与寿命降低的问题。为了解决上述问题，本申请提出了一种膜电极与包含其的燃料电池。本申请一种典型的实施方式提供了一种膜电极，如图1所示，该膜电极包括依次叠置的阴极扩散层10、阴极催化层20、质子膜30、阳极催化层40和阳极扩散层50，阴极催化层20中设置有阴极催化剂，阳极催化层40中设置有阳极催化剂，其中，以叠置的方向为第一方向，与第一方向垂直的方向为第二方向，阴极催化层20中阴极催化剂的含量在第二方向的分布与阴极电流密度在第二方向的分布正相关；和/或阳极催化层40中阳极催化剂的含量在第二方向的分布与阳极电流密度在第二方向的分布正相关。上述的膜电极中，催化剂的含量分布有三种不同的情况。第一种情况中，只有阴极催化层20中的阴极催化剂含量在第二方向的分布与阴极电流密度在第二方向的分布正相关；第二种情况中，只有阳极催化层40中阳极催化剂的含量在第二方向的分布与阳极电流密度在第二方向的分布正相关；第三种情况中，阴极催化剂含量在第二方向的分布与阴极电流密度在第二方向的分布正相关，同时，阳极催化剂的含量在第二方向的分布与阳极电流密度在第二方向的分布正相关。以上述的第一种情况为例，阴极催化层20中的阴极催化剂含量在第二方向上的分布不均匀，且与第二方向上的阴极电流密度分布正相关，也就是说，阴极电流密度大的位置，催化剂的含量也较多，这样在气体反应剧烈的位置，较多含量的阴极催化剂能够保证气体反应的进行，避免或缓解由于阴极催化剂含量较少导致的致燃料电池的性能变差的问题与寿命降低的问题。在阴极电流密度较小的位置，催化剂也较少，这样减少造成催化剂的浪费。同样地，第二种情况与第三种情况也能解决催化剂分布均匀造成的催化剂浪费、电池的性能较差与寿命降低的问题。前文提到的第二方向是与第一方向垂直的方向，该方向实际并不是某一个特定的方向，它是指与第一方向垂直的平面内的所有方向。本申请一种实施例中，第二方向与膜电极的一条边界线平行，第三方向与第一方向垂直，且第三方向与第二方向垂直，阴极催化层20中阴极催化剂的含量不仅在第二方向的分布与阴极电流密度在第二方向的分布正相关，且在第三方向的分布与阴极电流密度在第三方向的分布正相关。阴极催化剂的分布与阴极电流密度的分布的大小趋势只需要在上述两个方向上一致即可，这样可以利用简单的催化剂分布方式解决催化剂分布均匀造成的催化剂浪费、电池的性能较差与寿命降低的问题。为了使得阴极催化剂的含量与阴极电流密度在不同方向上的分布均一致，进而更好地解决催化剂分布均匀造成的催化剂浪费、电池的性能较差与寿命降低的问题。本申请优选阴极催化层20中阴极催化剂的含量与阴极电流密度成正比，实际就是指阴极催化剂的含量与阴极电流密度在每个方向上均成正比。同样地，进一步解决催化剂分布均匀造成的催化剂浪费、电池的性能较差与寿命降低的问题。本申请优选第二方向与膜电极的一条边界线平行，第三方向与第一方向垂直，且第三方向与第二方向垂直，阳极催化层40中阳极催化剂的含量在第三方向的分布与阳极电流密度在第三方向的分布正相关。阳极催化剂的含量分布情况可以与阴极催化剂的含量分布情况相结合，也可以单独实现。单独出现的情况是，阴极催化层20中阴极催化剂的含量在第二方向的分布与阴极电流密度在第二方向的分布正相关；和/或阳极催化层40中阳极催化剂的含量在第二方向的分布与阳极电流密度在第二方向的分布正相关时，阳极催化层40中阳极催化剂的含量在第三方向的分布与阳极电流密度在第三方向的分布正相关。结合的情况有两种，一种是：阴极催化层20中阴极催化剂的含量在第二方向的分布与阴极电流密度在第二方向的分布正相关；和/或阳极催化层40中阳极催化剂的含量在第二方向的分布与阳极电流密度在第二方向的分布正相关，且阴极催化层20中阴极催化剂的含量在第三方向的分布与阴极电流密度在第三方向的分布正相关，同时，阳极催化层40中阳极催化剂的含量在第三方向的分布与阳极电流密度在第三方向的分布正相关。另一种情况是：阴极催化层20中阴极催化剂的含量在第二方向的分布与阴极电流密度在第二方向的分布正相关；和/或阳极催化层40中阳极催化剂的含量在第二方向的分布与阳极电流密度在第二方向的分布正相关，且阴极催化层20中阴极催化剂的含量与阴极电流密度成正比，阳极催化层40中阳极催化剂的含量在第三方向的分布与阳极电流密度在第三方向的分布正相关。同样地，为了使得阳极催化剂的含量与阳极电流密度在不同方向上的分布均一致，进而更好地解决催化剂分布均匀造成的催化剂浪费、电池的性能较差与寿命降低的问题。本申请优选阳极催化层40中阳极催化剂的含量与阳极电流密度成正比。同样此种阳极催化剂的含量分布情况可以与阴极催化剂的含量分布情况相结合，也可以单独实现。单独出现的情况是：阴极催化层20中阴极催化剂的含量在第二方向的分布与阴极电流密度在第二方向的分布正相关；和/或阳极催化层40中阳极催化剂的含量在第二方向的分布与阳极电流密度在第二方向的分布正相关。且阳极催化层40中阳极催化剂的含量与阳极电流密度成正比。结合出现的情况也有两种，并且这两种情况的结合方式与阳极催化剂的含量在第三方向的分布情况的结合方式是相同的，此处就不再赘述了。为了更好地控制催化剂的含量，使得阳极催化剂的含量与阳极电流密度更好地配合，进而避免阳极催化剂的浪费，避免由于阳极催化剂含量较少导致的燃料电池的性能下降与寿命降低的问题，本申请阳阳极催化层40的厚度1～100μm之间。同样地，为了使得阴极催化剂的含量与阴极电流密度更好地配合，本申请优选阴极催化层20的厚度1～100μm之间。本申请中的阴极催化剂与阳极催化剂可以应用到现有技术燃料电池中的任何催化剂，优选为Pt/C催化剂，也可以是其它的多元催化剂，例如，Pt与其它金属的合金。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的阴极催化剂与阳极催化剂。本申请的一种实施例中，上述阳极催化剂为Pt/C催化剂。该催化剂的催化效果较好。另一种实施例中，阴极催化剂为Pt/C催化剂。阳极催化剂与阴极催化剂可以为相同的催化剂，也可以是不同的催化剂。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的催化剂。本申请的再一种实施例中，通过膜电极的反应气为氢气与空气，氢气与空气从相同方向的气体入口分别进入阳极板与阴极板，然后通过扩散进入膜电极，燃料电池内部的电流密度分布情况为：距离为0的位置(膜电极上对应气体入口位置)处的较小，后续逐渐增大，如图2所示。为了使得催化剂的含量与该电流密度更好地配合，对应位置的阳极催化剂和/或阴极催化剂的含量与电流密度正相关，也就是说，阳极催化剂和/或阴极催化剂的含量的变化趋势与图2的曲线变化趋势相一致。进行膜电极制备时，进行催化剂喷涂时可按照电流密度的分布情况设计相匹配的喷涂量，其喷涂量分布的数量关系可以和电流密度分布情况完全相同，也可以根据燃料电池的反应特性以及设计的不同做相应的修改。另一种实施例中，通过膜电极的反应气为氢气与空气，氢气与空气分别从相对两侧的气体入口进入阳极板与阴极板，氢气的入口称为氢气入口，空气的入口称为空气入口，氢气与空气通过扩散进入膜电极，燃料电池内部的电流密度分布情况为：如图3所示，膜电极上与氢气入口(距离为0的位置)与空气入口(距离最大的位置)对应的两端位置处较小，中间位置较大。为了使得催化剂的含量与该电流密度更好地配合，对应位置的阳极催化剂和/或阴极催化剂的含量与电流密度正相关，也就是说，阳极催化剂和/或阴极催化剂含量的变化趋势与图3的曲线变化趋势相一致。为了适应上述图电流密度分布，在进行膜电极制备时，其进行催化剂喷涂时可按照电流密度的分布情况设计相匹配的喷涂量，其喷涂量分布的数量关系可以和电流密度分布情况完全相同，也可以根据燃料电池的反应特性以及设计的不同做相应的修改。本申请中另一种典型的实施方式中，提供了一种燃料电池，该燃料电池包括至少一个膜电极，该膜电极为上述的膜电极。上述的燃料电池中的膜电极的阴极催化层中的阴极催化剂和/或阳极催化剂的含量的分布与对应的电流密度的分布在某个方向或某几个方向上正相关，这样可以避免或缓解现有技术中催化层中的催化剂分布均匀导致的催化剂浪费问题、电池性能变差的问题与电池的寿命降低的问题。从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：1)、本申请中的阴极催化剂和/或阳极催化剂的含量在第二方向上的分布不均匀，且与第二方向上的对应的电流密度分布正相关，这样可以避免或缓解由于催化剂含量较少导致的致燃料电池的性能变差的问题与寿命降低的问题。在对应的电流密度较小的位置，催化剂也较少，这样不会造成催化剂的浪费。2)、本申请中的燃料电池包括上述的膜电极，该燃料电池中催化剂浪费问题不严重，且该电池的性能较好，寿命较长。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。