燃料電池是電化學(xué)電池，在電化學(xué)電池中，由燃料氧化反應(yīng)產(chǎn)生的能量改變被轉(zhuǎn)化成電能。在此方面中，燃料電池由三種主要部件即陽極、質(zhì)子導(dǎo)電膜、以及陰極組成。呈例如氫氣或有機材料的形式的燃料被遞送到燃料被氧化的燃料電池的陽極。被直接用作燃料或衍生自有機材料的分解的氫氣然后在燃料電池的陽極處解離成質(zhì)子和電子。質(zhì)子通過質(zhì)子導(dǎo)電膜被導(dǎo)引至陰極，同時電子圍繞外部負載電路行進至陰極，因此產(chǎn)生電池的電流輸出。呈空氣、富含氧氣的空氣、或氧氣自身的形式的氧化劑被遞送至陰極，其中氧化劑借助于與質(zhì)子和電子的化學(xué)反應(yīng)被還原以形成水。

某些燃料電池需要在高溫(例如在600℃和1000℃之間)下操作以按需要的方式分解燃料。然而，加熱至這樣高的溫度對于其中需要快速啟動時間的某些應(yīng)用(例如當(dāng)燃料電池被用于向交通工具提供動力時)是不合適的。另外，在高溫下的操作快速地磨損燃料電池部件和氣體密封，并且這樣高溫的燃料電池不傾向于是特別耐用的。

低溫燃料電池例如質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell)(DMFC)和直接乙醇燃料電池(Direct Ethanol Fuel Cell)(DEFC)通常在從室溫至多達80℃的范圍內(nèi)的溫度下被操作，盡管某些低溫燃料電池能夠在多達200℃的溫度操作。此類低溫燃料電池具有短的啟動時間和長的耐用性的優(yōu)點。另外，PEMFC具有通常比高溫燃料電池更小和更輕的優(yōu)點。

氫氣或烴在PEMFC的陽極處在低溫下的氧化可以通過在陽極處提供的貴金屬催化劑(典型地鉑)來輔助。然而，與PEMFC有關(guān)的問題是，在催化劑-陽極表面處的污染物一氧化碳的強的吸附。一氧化碳衍生自在陽極室中的有機燃料例如甲醇或乙醇的分解，或衍生自被一氧化碳污染的氫氣，如衍生自重整的烴的氫氣可以包含多于100ppm的一氧化碳。在高溫燃料電池中，這樣的一氧化碳通常容易地被氧化成二氧化碳，二氧化碳容易從電極表面脫附。然而，因為一氧化碳氧化成二氧化碳在低溫下是效率低的，所以一氧化碳被吸附在低溫燃料電池的催化劑陽極表面處，從而阻擋在陽極處的氫氣氧化反應(yīng)的活性位點。盡管貴金屬催化劑例如鉑有效地催化氫氣的解離，但貴金屬催化劑關(guān)于一氧化碳的氧化的功能性被限制。阻擋氫氣氧化的活性位點導(dǎo)致電池性能隨時間的明顯的降低。

用于從低溫PEMFC的陽極中除去一氧化碳的各種方法已經(jīng)被探索。

一種這樣的方法已經(jīng)包括在操作期間脈沖電池電壓。然而，此方法已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)破壞從電池的能量輸出，如果需要恒定的能量輸出，這不是合意的。

另一種方法已經(jīng)包括使空氣排出至陽極。然而，這明顯減小開放電池電勢(open cell potential)并且因此降低電池性能。

又一方法已經(jīng)被用于使用包含貴金屬和非貴金屬的雙金屬催化劑例如鉑和釕的合金。然而，這被發(fā)現(xiàn)在一氧化碳濃度大于25ppm時不阻止電極中毒。其他雙金屬或三金屬催化劑例如Pt/Ni、Pt/Co、Pt/Ru/Ni以及Pt/Ni/Co已經(jīng)被研究。然而，在這樣的系統(tǒng)中，非貴合金金屬必須顯示許多特性：如Nafion(RTM)(四氟乙烯和全氟聚醚磺酸的共聚物)常常在質(zhì)子導(dǎo)電膜中被使用，從而產(chǎn)生強的全氟磺酸環(huán)境，非貴金屬必須在此環(huán)境中是穩(wěn)定的；而且，非貴金屬必須具有用于水解離反應(yīng)和從吸附的CO和吸附的OH形成COOH的低活化能。

通過提供陽極被一氧化碳污染的耐受的改進的水平增大燃料電池的效率的已知的方法包括在通過入射光輻照之后，提供用于增強污染物一氧化碳氧化的光催化劑。

例如，WO 2004/079847公開了其中陽極是光催化劑輔助的以便可接受光的燃料電池，其中質(zhì)子導(dǎo)電膜是光透射性的，使得光在光學(xué)路徑中作為最終階段通過膜傳送至光催化劑。質(zhì)子導(dǎo)電膜可以被用作波導(dǎo)，并且可以通過對膜的結(jié)構(gòu)的合適的修改或在膜內(nèi)使用增補的“光導(dǎo)管”而作為光學(xué)路徑實現(xiàn)此功能。例如，膜的折射率特性可以被特定地選擇用于此目的，或具有不同折射率的部件的“光導(dǎo)管”或玻璃的纖維可以被使用，或被分布在整個膜中的光散射顆粒可以被用于實現(xiàn)光到陽極表面上的最優(yōu)通量。此文獻公開，合適的“光導(dǎo)管”可以被包含在膜中或與膜鄰接的陽極的表面上，以便將充足的光遞送至光催化表面。

WO 2011/048429公開用于具有陽極催化劑組分的燃料電池的陽極組件，所述陽極催化劑組分包含用于在通過入射輻射輻照之后增強污染物一氧化碳氧化的光催化劑，該陽極組件還包括包含用于提供入射輻射的光源的流動板(flow plate)，流動板的至少一部分對于光輻射是多孔的，用于能夠通過流動板輻照所述光催化劑，流動板還具有流動引導(dǎo)表面(flow guide surface)，其成形為形成用于在陽極室內(nèi)導(dǎo)引燃料的多個通道。

本發(fā)明試圖提供改進的質(zhì)子導(dǎo)電膜以及包括質(zhì)子導(dǎo)電膜的燃料電池，以用于減少在陽極處的一氧化碳污染，從而改進燃料電池效率。

根據(jù)本發(fā)明，在第一方面中，提供用于燃料電池的質(zhì)子導(dǎo)電膜，膜包括光透射性質(zhì)子導(dǎo)電材料和用于使光在膜內(nèi)散射的光散射材料，膜還包括光可以通過其進入膜的光導(dǎo)件。

本發(fā)明的質(zhì)子導(dǎo)電膜用于在包括光催化劑的燃料電池內(nèi)使用，以提供光催化劑的改進的輻照。質(zhì)子導(dǎo)電膜可以被連接至光源，例如光收集器或光發(fā)生器(例如透鏡，例如Fresnel透鏡、折射表面、LED或其他光源)，以便允許光通過光導(dǎo)件進入膜。光散射材料確保光在整個膜中的更均勻的散射。質(zhì)子導(dǎo)電材料是光透射性的，使得被均勻地散射的光可以被用于在燃料電池的陽極處輻照光催化劑以提供光催化劑的改進的輻照，而不需要內(nèi)部光源。

本發(fā)明的質(zhì)子導(dǎo)電膜因此包括光透射性質(zhì)子導(dǎo)電材料。質(zhì)子導(dǎo)電膜被用于將質(zhì)子從燃料電池的陽極傳導(dǎo)至陰極，并且由質(zhì)子導(dǎo)電膜形成的材料可以是在本領(lǐng)域中用于傳導(dǎo)質(zhì)子的任何合適的材料。例如，優(yōu)選的質(zhì)子導(dǎo)電材料是是四氟乙烯和全氟聚醚磺酸的共聚物，盡管可以使用其他合適的材料，例如質(zhì)子導(dǎo)電玻璃(例如具有5％P₂O₅：95％SiO₂的組成的高傳導(dǎo)性玻璃)。

本發(fā)明的質(zhì)子導(dǎo)電膜還包括用于使光在膜內(nèi)散射的光散射材料。光散射材料可以是適合于該目的的任何材料，例如改變質(zhì)子導(dǎo)電材料的折射率并且優(yōu)選地包括被分散在整個質(zhì)子導(dǎo)電膜中的光散射顆粒的材料。

光散射顆粒可以由包含氧化物例如二氧化硅、氧化鋁、以及氧化鈦的任何合適的材料制成，其中二氧化硅是優(yōu)選的材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，光散射顆粒的光散射特性將取決于在質(zhì)子導(dǎo)電材料內(nèi)的顆粒的顆粒尺寸和濃度。用于光散射顆粒的優(yōu)選的顆粒尺寸是從10-50nm，更優(yōu)選地10-20nm(例如15-20nm)。此尺寸的顆粒有時被稱為納米顆粒，并且具有比可見光的最短波長更小的顆粒尺寸。

光散射顆粒在質(zhì)子導(dǎo)電材料內(nèi)的濃度可以被選擇以確保，從光導(dǎo)件進入膜的光被最優(yōu)地散射。為了此目的，散射介質(zhì)濃度可以如將由本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的而變化。

光散射顆?？梢栽谛纬少|(zhì)子導(dǎo)電膜的工藝期間被包含在質(zhì)子導(dǎo)電材料內(nèi)。例如，在優(yōu)選的質(zhì)子導(dǎo)電材料下，光散射顆粒例如納米二氧化硅顆?？梢员换旌系揭后w糊劑(例如作為膠狀分散體)中，單片材質(zhì)子導(dǎo)電膜可以由液體糊劑形成，所述液體糊劑包含被分散在其中的光散射顆粒?？蛇x擇地，多個質(zhì)子導(dǎo)電材料的片材可以用于質(zhì)子導(dǎo)電膜中。因此，光散射顆?？梢员换旌系胶齽┲校齽┛梢猿洚?dāng)兩個片材之間的粘合劑，即包含光散射顆粒的片材被夾在兩個標(biāo)準(zhǔn)的片材之間。在燃料電池中用作質(zhì)子導(dǎo)電膜的標(biāo)準(zhǔn)片材典型地具有從10-100μm，例如從50-75μm(例如約65μm)的厚度。

本發(fā)明的質(zhì)子導(dǎo)電膜還包括光可以通過其進入膜的光導(dǎo)件。光導(dǎo)件可以包括光透射性聚合物材料的片材，例如由選自以下的聚合物形成的片材：聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚甲基戊烯(PMP，例如)、以及其混合物和共聚物。光導(dǎo)件被光學(xué)地耦合至包含光散射材料的質(zhì)子導(dǎo)電材料，使得來自外部源的光可以通過光導(dǎo)件傳送到質(zhì)子導(dǎo)電膜中。例如，光導(dǎo)件可以被安裝到質(zhì)子導(dǎo)電材料上在質(zhì)子導(dǎo)電材料的區(qū)域外部，所述質(zhì)子導(dǎo)電材料將對于在燃料電池內(nèi)的在一個或多個側(cè)面上的質(zhì)子傳導(dǎo)是活性的。

在優(yōu)選的實施方案中，形成光導(dǎo)件的光透射性聚合物片材優(yōu)選地在任一側(cè)面上，或更優(yōu)選地在兩個側(cè)面上被鍍銀(silver)以最小化光泄漏。聚合物片材的鍍銀可以通過本領(lǐng)域中已知的工藝和使用本領(lǐng)域中已知的材料例如通過鋁的氣相沉積來進行。

形成本發(fā)明的質(zhì)子導(dǎo)電膜的組分即質(zhì)子導(dǎo)電材料、光散射材料和光導(dǎo)件，可以通過一個或更多個墊圈操作性地保持定位在一起。因此在優(yōu)選的實施方案中，質(zhì)子導(dǎo)電膜具有層結(jié)構(gòu)，其中包含光散射材料的單片材質(zhì)子導(dǎo)電材料，或其中例如包含光散射顆粒的片材被夾在兩個標(biāo)準(zhǔn)片材之間的多層質(zhì)子導(dǎo)電材料，被光學(xué)地耦合至在質(zhì)子導(dǎo)電材料的一側(cè)或更多側(cè)上的被鍍銀的光透射性聚合物片材，保持在墊圈之間。如有必要，墊圈可以通過間隙例如在光導(dǎo)件中的穿孔彼此結(jié)合。

質(zhì)子導(dǎo)電膜用于連接至光源，例如光收集器或光發(fā)生器(例如透鏡，例如Fresnel透鏡、折射表面、LED或其他光源)，以便允許光通過光導(dǎo)件進入膜。然后，光通過光散射材料散射，并且用于輻照燃料電池的光催化劑。

根據(jù)本發(fā)明，在第二方面中，提供燃料電池，所述燃料電池包括：陽極，其用于氧化燃料以產(chǎn)生質(zhì)子；陰極，其用于用氧氣氧化質(zhì)子；質(zhì)子導(dǎo)電膜，其用于將質(zhì)子從陽極傳導(dǎo)至陰極；以及至少一個氣體擴散層，其用于使燃料和/或氧氣擴散，之后分別在陽極和/或陰極處反應(yīng)，其中陽極包括包含燃料催化劑和光催化劑的催化劑組分，光催化劑被提供以用于在通過入射光輻照之后，增強污染物一氧化碳氧化，并且陽極還包括用于傳導(dǎo)電流的集流部件，并且質(zhì)子導(dǎo)電膜是光透射性的，以用于允許來自光源的光被透射通過質(zhì)子導(dǎo)電膜，以用于照明光催化劑。

用于本發(fā)明的第二方面的燃料電池的質(zhì)子導(dǎo)電膜優(yōu)選地是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的膜。

當(dāng)前的低溫燃料電池依賴于使用非常純的氫氣或已經(jīng)被預(yù)純化的燃料作為燃料的源。提供用于增強污染物一氧化碳氧化的光催化劑允許產(chǎn)生具有一氧化碳耐受陽極組件的低溫燃料電池。這樣的電池因此可以利用烴氣體或液體例如甲醇或乙醇作為燃料的源，而不需要純化器和/或重整器(reformer)。這減少此類低溫燃料電池的體積和操作成本。貴重金屬催化劑負載也被減小，這明顯地降低燃料電池成本。此外，本發(fā)明的布置當(dāng)在直接乙醇燃料電池中使用時呈現(xiàn)增大的電池效率。

根據(jù)本發(fā)明的燃料電池可以在許多裝置中發(fā)現(xiàn)應(yīng)用，其中被碳污染的氫氣或烴燃料目前被用作燃料，以用于能量產(chǎn)生?？赡艿挠猛臼怯糜陔姵氐幕パa或替換、在小的便攜式裝置中的柴油發(fā)動機或燃燒發(fā)動機、輕型和重型交通工具、以及備用或遠程的固定電源裝置，從而允許在例如便攜式電子器件、運輸機和小的固定發(fā)電機的市場中使用電池。

本發(fā)明的第二方面的燃料電池可以包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員已知且熟悉的部件。

因此，陽極燃料催化劑優(yōu)選地是貴金屬催化劑，例如包含鉑的催化劑。

陽極光催化劑可以包括光催化活性金屬氧化物，或從光催化活性金屬氧化物衍生的材料。金屬氧化物可以例如是氧化鎢、氧化鈦、氧化鉬、或氧化鐵。優(yōu)選的材料是氧化鎢。

陽極因此可以包括包含復(fù)合材料的催化劑層，所述復(fù)合材料由光催化劑納米顆粒例如氧化鎢、以及在合適的支撐體例如碳支撐體上的納米尺寸的鉑催化劑組成，其中氧化鎢與鉑的質(zhì)量比優(yōu)選地在1:99至99:1的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地在80:20至95:5的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地在70:30至90:10的范圍內(nèi)。

用于本發(fā)明的第二方面的燃料電池的合適的陰極對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是已知的，并且可以包括例如篩網(wǎng)、多孔元件、或被穿孔的帶，并且可以由貴金屬(例如鉑或銀)或本領(lǐng)域已知的催化金屬或合金來制成。

本發(fā)明的第二方面的燃料電池包括至少一個氣體擴散層，其用于使燃料和/或氧氣擴散，之后分別在陽極和/或陰極處反應(yīng)。氣體擴散層典型地是多孔材料，例如包括碳纖維例如碳布和碳紙的密集陣列，并且輔助提供用于燃料和/或氧氣分別通向陽極和/或陰極的通路，可以幫助除去水、傳導(dǎo)電子、傳熱、并且提供另外的機械強度。

本發(fā)明的第二方面的燃料電池可以包括用于輔助燃料和/或氧氣分別流動至陽極和/或陰極的流動板。

本發(fā)明的第二方面的燃料電池可以包括一個或更多個雙極板。這些雙極板是燃料電池內(nèi)的多功能部件。例如，它們可以在成堆(見下文)使用時連接和分開單獨的燃料電池，幫助燃料氣體和氧氣分布在催化劑和質(zhì)子導(dǎo)電膜的活性表面上，并且可以將電流從陽極傳導(dǎo)至陰極(在單獨的電池內(nèi)，或在成堆的電池之間)。雙極板典型地由石墨形成，但可以由金屬例如不銹鋼和金屬合金或聚合物復(fù)合材料制成。

重要的是，在陽極處產(chǎn)生的電子可以從陽極傳導(dǎo)至陰極。在優(yōu)選的實施方案中，當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)燃料電池構(gòu)造時，避免了對于另外的導(dǎo)電元件的需求，標(biāo)準(zhǔn)燃料電池構(gòu)造包括貴金屬催化劑和支撐在導(dǎo)電支撐體(例如碳)上的光催化劑，分布在質(zhì)子導(dǎo)電膜的任一側(cè)面上并且與一個或更多個氣體擴散層(在下文中更詳細地描述)，以及依次導(dǎo)電石墨雙極板緊密接觸。以此方式，對于照明窗口以及因此另外的導(dǎo)電元件的需求被消除。然而，如有必要，可以提供另外的集流器。例如，另外的集流器可以包括金屬篩網(wǎng)?？蛇x擇地，集流器可以包括多個大體上平行的金屬線或繩，例如金涂覆的材料、鈦涂覆的材料、鎳涂覆的材料或鉻涂覆的材料、或鉑涂覆的材料?？蛇x擇地，集流器可以包括金屬泡沫例如鎳泡沫。作為另外的選擇，集流器可以包括金屬涂覆的或碳涂覆的聚合物布。

較高的輸出可以通過使用串聯(lián)成例如燃料電池堆的多個燃料電池從本發(fā)明的第二方面的燃料電池來實現(xiàn)。

現(xiàn)在將參考附圖僅通過實施例的方式來描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的燃料電池的一般配置；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)子導(dǎo)電膜的實施方案的側(cè)視圖；以及

圖3示出在圖2中示出的實施方案的平面圖。

根據(jù)本發(fā)明的燃料電池10的一般配置可以在圖1中看到，其中質(zhì)子導(dǎo)電膜16的更詳細的結(jié)構(gòu)在圖2和圖3中被示出。應(yīng)理解，圖1沒有示出質(zhì)子導(dǎo)電膜16的細節(jié)并且僅意圖示出質(zhì)子導(dǎo)電膜16在燃料電池10內(nèi)的一般位置。

參考圖1，燃料電池10包括陽極20和陰極14，其中質(zhì)子導(dǎo)電膜16位于陽極20和陰極14之間并且與陽極20和陰極14兩者接觸。質(zhì)子導(dǎo)電膜16在下文中參考圖2和圖3來詳細地描述。

燃料電池10還包括鄰近陽極20的氣體擴散層12，其用于使燃料擴散，之后在陽極20處反應(yīng)；以及鄰近陰極14的另外的氣體擴散層18，其用于使氧化劑擴散，之后在陰極14處反應(yīng)。氣體擴散層通常是多孔材料，例如包括碳纖維例如碳布和碳紙的密集陣列，并且輔助提供用于燃料和/或氧氣分別通向陽極和/或陰極的通路，可以幫助除去水、傳導(dǎo)電子、傳熱、并且提供另外的機械強度。

燃料電池10還包括導(dǎo)電石墨雙極板30和38，用于輔助燃料和氧化劑分別流動至陽極20和陰極14，并且用于將電流從陽極20傳導(dǎo)至陰極14(或在成堆使用的不同的燃料電池的陽極和陰極之間傳導(dǎo)電流)。

陽極20包括與質(zhì)子導(dǎo)電膜16流體連通的透氣性催化劑層。在優(yōu)選的實施方案中，陽極20包括鉑催化劑和氧化鎢可見光反應(yīng)性光催化劑。陽極20可以包括復(fù)合材料，所述復(fù)合材料由氧化鎢光催化劑納米顆粒以及在碳支撐體上的納米尺寸的鉑催化劑組成，其中氧化鎢與鉑的質(zhì)量比在1:99至99:1的范圍內(nèi)、優(yōu)選地在80:20至95:5的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地在70:30至90:10的范圍內(nèi)。

在使用中，燃料氣體經(jīng)由氣體擴散層12被遞送至陽極20，其中燃料的流動通過雙極板30導(dǎo)引。燃料可以呈純的氫氣、或烴燃料例如甲醇的形式。然后，被包含在燃料中的氫氣在鉑催化劑的存在下根據(jù)等式1被催化地分成質(zhì)子和電子：

2H₂→4H⁺+4e^- (1)

在分離之后，質(zhì)子滲透通過陽極催化劑層20和質(zhì)子導(dǎo)電膜16以在陰極14處聚集。

在燃料電池10的陰極側(cè)處，氧化劑例如空氣、富含氧氣的空氣、或純的氧氣被遞送至陰極14，其中氧化劑的流動通過雙極板38導(dǎo)引。此氧化劑與已經(jīng)滲透通過質(zhì)子導(dǎo)電膜16并且已經(jīng)在陰極14處聚集的質(zhì)子反應(yīng)，以根據(jù)等式(2)形成水：

4H⁺+4e^-+O₂→2H₂O (2)

同時，電子被收集并且被遞送至外部負載電路36。電子的此流動提供形成燃料電池10的能量輸出的電流。雙極板30和38將電流從陽極20運載至陰極14，但如有必要，另外的集流器可以被提供。例如，另外的集流器可以包括金屬篩網(wǎng)。

如上文所描述，污染物一氧化碳由于燃料的分解或由于將被一氧化碳污染的氫氣用作燃料而可以存在于陽極20處。為了阻止此一氧化碳吸附到陽極催化劑層20中(這將導(dǎo)致阻擋等式1的氫氣氧化反應(yīng)的活性位點)，陽極20被來自外部源的光輻照，所述來自外部源的光通過質(zhì)子導(dǎo)電膜16傳送，所述質(zhì)子導(dǎo)電膜16是光透射性的并且在下文中參考圖2和圖3更詳細地被描述。污染物一氧化碳被氧化以形成二氧化碳，二氧化碳通過氧化鎢被保持在正在被輻照的陽極催化劑層20中。然后，產(chǎn)生的二氧化碳可以容易地從陽極表面20脫附，并且可以從燃料電池10耗盡。

陽極20的輻照經(jīng)由質(zhì)子導(dǎo)電膜16來實現(xiàn)，在圖2和圖3中更詳細地示出。

因此，圖2和圖3示出根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)子導(dǎo)電膜16的實施方案。質(zhì)子導(dǎo)電膜16包括光透射性質(zhì)子導(dǎo)電材料和用于使光在膜16內(nèi)散射的光散射材料。在優(yōu)選的實施方案中，光透射性質(zhì)子導(dǎo)電材料是四氟乙烯和全氟聚醚磺酸的共聚物。在圖2中示出的實施方案中，質(zhì)子導(dǎo)電膜16包括102和104的兩個片材。102、104的每個片材優(yōu)選地具有在50μm和75μm之間，更優(yōu)選地約65μm的厚度。陽極20和陰極14在圖2中被象征性地示出。

光散射層106在兩個片材102和104之間，所述光散射層106包含用于使光在膜內(nèi)散射的光散射材料。優(yōu)選的光散射顆粒由二氧化硅制成，并且具有15-20nm的顆粒尺寸。然而，可以使用其他材料，例如氧化物例如氧化鋁和氧化鈦以及酌情具有不同顆粒尺寸的金屬。

在光散射層106中，光散射顆粒被分散在糊劑內(nèi)，所述糊劑可以充當(dāng)在兩個片材102和104之間的粘合劑。在圖3中，光散射層106作為網(wǎng)篩被象征性地示出。

質(zhì)子導(dǎo)電膜16還包括光導(dǎo)件108，光可以通過光導(dǎo)件108從外部光源(由箱110指示)進入膜。

光導(dǎo)件108包括光透射性聚合物材料的片材，例如由選自以下的聚合物形成的片材：聚對苯二甲酸二甲酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚甲基戊烯(PMP，例如)、以及其混合物和共聚物。光導(dǎo)件108被光學(xué)地耦合至片材102，使得來自外部源110的光可以通過光導(dǎo)件108傳送到質(zhì)子導(dǎo)電膜16中(如通過圖2中的箭頭指示的)。光導(dǎo)件108被安裝到質(zhì)子導(dǎo)電材料的區(qū)域外部的片材102上，所述質(zhì)子導(dǎo)電材料將對于在燃料電池10內(nèi)即陽極20和陰極14外部的質(zhì)子傳導(dǎo)是活性的?？蛇x擇地，可以使用光導(dǎo)件108至片材102、104和106的直接的端對端鄰接，使得光朝向光散射層106中的光散射介質(zhì)直接瞄準(zhǔn)。

形成光導(dǎo)件108的光透射性聚合物片材優(yōu)選地在兩個側(cè)面上鍍銀，以最小化光泄漏。聚合物片材的鍍銀可以通過本領(lǐng)域中已知的工藝和使用本領(lǐng)域中已知的材料例如通過鋁的氣相沉積來進行。

形成本發(fā)明的質(zhì)子導(dǎo)電膜16的組分即片材102和104、光散射層106和光導(dǎo)件108，通過墊圈112和114操作性地保持定位在一起。墊圈112和114可以通過間隙例如在光導(dǎo)件108中的穿孔116而彼此結(jié)合。在圖3中，看到光導(dǎo)件108從質(zhì)子導(dǎo)電膜160僅從一側(cè)(即如觀察到的頂側(cè))延伸，但可以從任何側(cè)或更多側(cè)延伸。

在使用中，質(zhì)子導(dǎo)電膜16被連接至光源110，例如光收集器或光發(fā)生器(例如透鏡，例如Fresnel透鏡、折射表面、LED或其他光源)，以便允許光通過光導(dǎo)件108進入膜16。然后，光通過在光散射層106中的光散射材料散射，以用于輻照燃料電池10的陽極20的光催化劑。

將理解，本文描述的圖示的實施方案示出本發(fā)明在一種形式中的應(yīng)用，僅用于說明的目的。在實踐中，本發(fā)明可以被應(yīng)用于許多不同的配置。

例如，陽極燃料鉑催化劑可以包括任何其他貴金屬，并且可以與一種或更多種非貴金屬組合以形成例如雙金屬或三金屬催化劑，例如Pt/Ru、Pt/Ni、Pt/Co、Pt/Ru/Ni或Pt/Ni/Co。而且，光催化劑可以包括任何其他光催化活性金屬氧化物例如氧化鎢、氧化鈦或氧化鐵，或衍生自氧化鎢、氧化鈦或氧化鐵的化合物。

陽極的孔隙度優(yōu)選地是在50％至80％的范圍內(nèi)，其中優(yōu)選的孔隙度是在60％至70％的范圍內(nèi)。最優(yōu)選地，陽極的孔隙度是約65％。

光催化劑顆粒的平均顆粒尺寸通常小于100nm。在此連接中，平均顆粒尺寸通常在5nm和50nm之間，并且優(yōu)選地在10nm至20nm的范圍內(nèi)。催化劑層可以由碳、貴金屬催化劑、以及金屬氧化物光催化劑的層壓布置形成。