CN107180986B - 膜电极组件和包括膜电极组件的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本申请公开了膜电极组件和包括膜电极组件的燃料电池。一种膜电极组件包括：聚合物电解质膜；第一电极层，布置在聚合物电解质膜的上表面上；以及第二电极层，布置在聚合物电解质膜的下表面上。聚合物电解质膜的至少一端沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面或者沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面。

Description

膜电极组件和包括膜电极组件的燃料电池

技术领域

本公开内容涉及膜电极组件和包括该膜电极组件的燃料电池，并且，更具体地，涉及具有自湿润能力的膜电极组件和包括该膜电极组件的燃料电池，以克服低湿润度的局限性，从而在其中实现足够湿润性并且防止水分通过电解质膜扩散至外部。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是结合具有质子交换功能的聚合物膜作为电解质的燃料电池。与其他燃料电池相比，PEMFC可在低温操作，具有高效率和强电流和功率密度，并且具有应对负荷变化的快速反应时间，同时立刻起动。因此，PEMFC最近已经用作氢动力车辆的燃料电池。

PEMFC电池组通常由数百个单元电池组成。每一个单元电池是燃料电池的电力生成元件，并且包括通过将正极和负极结合至聚合物电解质膜所形成的膜电极组件(MEA)、气体扩散层(GDL)和分离器。在电力生成元件中发生电化学反应，以便产生电力。作为燃料的氢气的电化学氧化发生在MEA的正极中，并且作为氧化剂的氧气的电化学还原发生在MEA的负极中。在这种情况下，由于反应产生的电子移动而生成电能，在正极中产生的质子穿过聚合物电解质迁移至负极，并且氧气与负极中的质子结合而生成水。

尽管迄今为止已经对聚合物电解质膜进行了各种研究，但是在60年代初期开发的

仍然广泛用作燃料电池的质子交换膜。

是通过将磺酸基共价结合至与特氟隆相似的氟化烃的聚合物主链中的氟代烷基醚的侧链端而制成的支化聚合物。在此，磺酸基通过水分子被再水化以致离子导电性被激活。即，由于水分子存在于电解质膜中，质子能够在电解质中自由移动，并且因此表现出高离子导电性。

氢动力车辆可包括燃料电池组、设备组件的平衡(空气压缩器、热交换器等)、燃料供应装置、辅助电源、电机、电机控制器等。

影响燃料电池组的性能的MEA必须在宽广的操作温度范围内具有一定水平的相对湿度。为此，加湿器可以设置在电池组外部的供气***中。

气体-气体膜湿润方法是用于使车辆的燃料电池组湿润的外部湿润方法。因为这个方法恢复并重新使用从电池组排放的水分和热量，所以具有的优势在于不需要分离的能源或机构。

然而，为了使气体-气体膜加湿器具有水分选择性作为其基本性能，需要用于防止除了存在于湿空气中的水分之外的气体渗透的技术。因此，以上方法在发动机室的布局中是不利的，这是因为外部加湿器需要增加成本并且增加体积。此外，因为膜加湿器使用聚合物膜，所以在给定温度下难以控制水蒸气的供应量。此外，因为氢气供应***不具有单独的加湿器，所以应依靠在负极产生的、逆向扩散至正极的相对湿度。

因此，存在的问题在于，在具有相对低湿度的操作温度时缺乏适当湿度可导致MEA干燥并且燃料电池的性能劣化。具体地，电池组中的严重的长期干燥对MEA可导致不可逆转的损害。

此外，因为常规MEA具有的结构为布置在正极与负极之间的聚合物电解质膜的侧端暴露于外部，水分子从聚合物电解质膜的侧面扩散至外部，从而腐蚀电池组的外部并且使电绝缘安全性劣化。

上述内容仅旨在帮助对本公开内容的背景技术进行理解，而并非旨在意味着本发明落入已为本领域技术人员所熟知的相关技术的范围内。

发明内容

因此，鉴于相关技术中出现的上述问题创作本公开内容，并且本公开内容旨在提出膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，它们能够具有自湿润能力，从而用于克服低湿润的局限性，以便实现其中的足够湿润性并且防止水分子通过电解质膜扩散至外部。

根据本公开内容的一个方面，一种膜电极组件包括：聚合物电解质膜；第一电极层，布置在聚合物电解质膜的上表面上；以及第二电极层，布置在聚合物电解质膜的下表面上。聚合物电解质膜的至少一端沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面或者沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面。

聚合物电解质膜的第一端可沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面，并且聚合物电解质膜的第二端可沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面。

第一电极层的侧面和第二电极层的侧面可与分别相邻的聚合物电解质膜的弯曲部竖直对齐。

聚合物电解质膜的一端可向上弯曲以延伸至第一电极层的上表面或者向下弯曲以延伸至第二电极层的下表面。

聚合物电解质膜的两端可在相同方向上弯曲，以便延伸至第一电极层的上表面或者第二电极层的下表面。

聚合物电解质膜的至少一端可水平分为上部和下部，上部沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面，并且下部沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面。

聚合物电解质膜可包括面向第一电极层的第一电解质膜以及面向第二电极层的第二电解质膜；并且第一电解质膜的至少一端可沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面，并且第二电解质膜的至少一端可沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面。

根据本公开内容的另一方面，一种燃料电池包括：膜电极组件，该膜电极组件包括聚合物电解质膜、布置在聚合物电解质膜的上表面上的第一电极层、以及布置在聚合物电解质膜的下表面上的第二电极层，聚合物电解质膜的至少一端沿着第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至第一电极层的上表面或者沿着第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至第二电极层的下表面；并且上分离器和下分离器，布置在膜电极组件的相应上部和下部中，并且包括形成膜电极组件的密封结构的相应垫圈。

膜电极组件可布置在通过垫圈形成的密封结构的内部。

燃料电池可进一步包括在膜电极组件的边缘区域中形成的子垫圈。

子垫圈可密封膜电极组件的侧面，并且延伸至第一电极层或第二电极层的上表面或下表面的聚合物电解质膜的弯曲端可暴露于子垫圈的外部。

膜电极组件和子垫圈可被整体形成。

燃料电池可进一步包括布置在膜电极组件与相应的上分离器和下分离器之间的气体扩散层。

膜电极组件和气体扩散层可被整体形成。

水分子可从延伸至第一电极层的上表面或第二电极层的下表面的膜电极组件的端部供应到气体扩散层中。

燃料电池可进一步包括结合至膜电极组件和气体扩散层的层压结构的框架，以便固定该层压结构。

膜电极组件、气体扩散层和框架可被整体形成。

如从以上描述清晰可见的是，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，通过燃料电池中的电化学反应生成的水可被自主地供应给正极和负极中的所选择的一个，或者供应给正极和负极这两者。因此，可以防止膜电极组件干燥，并且因此减少燃料电池的性能劣化。

此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，可在没有用于将湿润空气供应至膜电极组件的外部加湿器情况下，供应水分。因此，因为不需要加湿器，可以降低成本。

此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，可以防止在反应区域中产生的水分子通过电解质膜扩散至燃料电池的外部。因此，可以防止电池组中的多个单元电池之间发生短路，并且防止由于水分对电池组的外部侵蚀。

此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，通过允许将膜电极组件布置在分离器的垫圈线条内，可以减小相关技术中的除了反应区域之外的区域中布置的电解质膜的尺寸。因此，就材料而言可以降低成本。

此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，子垫圈通过辊层压或借助热压的热压缩可以在电解质膜是弯曲的状态下与气体扩散层整合。

此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，通过在电解质膜是弯曲的状态下结合气体扩散层并且通过利用注射塑模方法形成聚合物框架可以整合膜电极组件。因此，可以提高电池组的生产力。

此外，根据膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，即使水蒸气的供应量根据电池组的规格和操作***而改变，单元电池也可以与以定制形式制造以便适合于用户的需求特性的膜电极组件或气体扩散层整合。

附图说明

从下面结合附图进行的详细描述中，本发明的以上和其他目标、特征和优点将变得更加显而易见，在附图中：

图1是示出了根据本公开内容的示例性实施方式的包括膜电极组件的燃料电池的一部分的俯视图；

图2是沿图1中的线A-A’截取的横截面图；

图3至图8、图9A和图9B是示出了膜电极组件的各种示例性实施方式的横截面图；

图10A至图10C是示出了其中膜电极组件与子垫圈整合的示例性实施方式的横截面图；

图11A至图11C是示出了其中膜电极组件与气体扩散层整合的示例性实施方式的横截面图；

图12A至图12C是示出了其中膜电极组件、子垫圈和气体扩散层彼此整合的示例性实施方式的横截面图；

图13A至图13C是示出了其中膜电极组件与聚合物框架整合的示例性实施方式的横截面图；以及

图14A至图14D是示出了其中弯曲部形成在包括膜电极组件的燃料电池中的位置的各种示例性实施方式的俯视图。

具体实施方式

以下参考附图将描述根据本公开内容中的示例性实施方式的膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池。

图1是示出了根据示例性实施方式的包括膜电极组件的燃料电池的一部分的俯视图。图2是沿图1中的线A-A'截取的横截面图。

图1是其中部分部件从包括膜电极组件的燃料电池去除的示意图，以便更易于示出两个分离器之间的内部布置结构。即，图1示出了图2中示出的上分离器41、上分离器41的表面上形成的垫圈51和上气体扩散层21从燃料电池去除的状态。此外，图1仅示出了沿着膜电极组件10的周缘形成的子垫圈31的一部分。

然而，图1和图2中示出的结构是本公开内容中的各种示例性实施方式中的一个并且仅是为了便于描述并易于理解所采用的实例。因此，应理解的是，在不偏离本公开内容的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以在形式和细节上做出各种改变。

参考图1和图2，根据示例性实施方式的膜电极组件10包括聚合物电解质膜11、形成在聚合物电解质膜11的上表面上的第一电极层12以及形成在聚合物电解质膜11的下表面上的第二电极层13。

在实施方式中，第一电极层12可使用催化剂作为用于作为燃料的氢气的电化学氧化的材料而形成正极电极，并且第二电极层13可使用催化剂作为用于氧气的电化学还原的材料而形成负极电极。聚合物电解质膜11的离子导电性通过水分激活，并且在正极中生成的质子移动至负极以通过与氧气的结合产生水。

在本公开内容的各种示例性实例中，聚合物电解质膜11的侧端的至少一部分具有向上或向下弯曲的弯曲部(B)，并且聚合物电解质膜11的侧端(E)可通过弯曲部(B)延伸至在其上表面上形成的第一电极层12的上表面或者延伸至在其下表面上形成的第二电极层13的下表面。最终，弯曲的并且通过弯曲部(B)延伸的聚合物电解质膜11的侧端(E)被布置在第一电极层12的上表面或者第二电极层13的下表面上。

在各种实例中，因为聚合物电解质膜11的侧端是弯曲的并且朝向并围绕正极或负极的侧边延伸，从聚合物电解质膜11的侧表面散发的水分子可扩散至正极或负极以便自主供应湿润的气体。

为了实现具有这种结构的膜电极组件10，与形成在其上表面和下表面上的第一电极层12和第二电极层13相比，聚合物电解质膜11可具有稍微更大的区域。

参考图1，根据示例性实施方式的包括膜电极组件10的燃料电池可包括分别布置在结构的上部和下部的分离器41和42，燃料电池可包括膜电极组件10和布置在膜电极组件10相应的上部和下部的气体扩散层21和22，并且允许该结构通过垫圈51具有气密或水密结构。

在实施方式中，子垫圈31可形成在膜电极组件10的边缘区域中，并且垫圈51可与子垫圈31紧密接触以便实现气密或水密结构。

在实施方式中，当膜电极组件10与分离器41和42组装时，膜电极组件10位于垫圈51的线条内，并且因此形成其中膜电极组件10的聚合物电解质膜11没有突出到燃料电池的外部的结构。即，在反应区域中生成的水分子可基本防止扩散至单元电池的外部。

图1和图2中示出的结构是膜电极组件10以及包括该膜电极组件的燃料电池的实例，并且在不背离本公开内容的范围和精神的情况下，可以以各种形式进行修改。

图3至图8、图9A和图9B是示出了根据本公开内容的示例性实施方式的膜电极组件的各种实例的横截面图。

首先，图3的膜电极组件与图2中示出的膜电极组件相似。在图3中，聚合物电解质膜11的一个侧端沿着第一电极层12的端部向上弯曲(B)并且延伸至第一电极层12的上表面。聚合物电解质膜11的面向该一个侧端的另一侧端沿着第二电极层13的端部向下弯曲(B)并且延伸至第二电极层13的下表面。当第一电极层12形成正极并且第二电极层13形成负极时，图3中示出的膜电极组件具有将水分子自主供应至正极和负极这两者的结构。接下来，图4的膜电极组件与图3中示出的膜电极组件相似。在图4中，聚合物电解质膜11的一个侧端沿着第一电极层12的端部向上弯曲(B)并且延伸至第一电极层12的上表面。聚合物电解质膜11的面向该一个侧端的另一侧端沿着第二电极层13的端部向下弯曲(B)并且延伸至第二电极层13的下表面。然而，图4的膜电极组件与图3的膜电极组件的不同之处在于，第一电极层12和第二电极层13的排列结构，其中，第一电极层12和第二电极层13的侧端在它们相应端的一端处与通过聚合物电解质膜11的相应相邻的弯曲部(B)形成的侧端竖直对齐。换言之，第一电极层12相对于第二电极层13可以横向位移(例如，通过接近于聚合物电解质膜11的厚度)。

接下来，在图5和图6的每个膜电极组件中，膜电极组件10的聚合物电解质膜11的一个侧端仅弯曲(B)至第一上电极层12或者仅弯曲至第二下电极层13。膜电极组件具有将水分子自主供应至正极和负极中的所选择的一个的结构。

接下来，在图7和图8的每个膜电极组件中，膜电极组件10的聚合物电解质膜11的两个侧端仅弯曲(B)至第一上电极层12或者仅弯曲至第二下电极层13。膜电极组件具有将水分子自主供应至正极和负极中的所选择的一个的结构。与图5和图6的膜电极组件相比，图7和图8的每个膜电极组件具有将更大量的水分子供应向相关的第一电极层12或第二电极层13的自湿润结构。

接下来，在图9A和图9B的膜电极组件中，膜电极组件10的聚合物电解质膜11的两个侧端弯曲(B)至第一上电极层12和第二下电极层13。膜电极组件具有将水分子自主供应至正极和负极这两者的结构。

在图9A的膜电极组件中，聚合物电解质膜11的两个侧端在膜电极组件10的厚度方向上竖直分开，并且所分开的部分分别朝向第一电极层12和第二电极层13弯曲。因此，膜电极组件具有将水分子自主供应至正极和负极这两者的结构。

说明性地，如图9A所示，聚合物电解质膜11的第一侧端被分为两个局部的第一侧端部分111、112。两个局部的第一侧端部分111、112例如可具有相似厚度，例如，约聚合物电解质膜11的厚度的一半。上局部第一侧端部分111仅可弯曲(B)至第一上电极层12，并且因此可覆盖第一电极层12的上表面的一部分。下局部第一侧端部分112仅可弯曲(B)至第二电极层13，并且因此可覆盖第二电极层13的下表面的一部分。

此外，聚合物电解质膜11的第二侧端(可以是相对于第一侧端的相对端)被分为两个局部的第二侧端部分111、112。两个局部的第二侧端部分111、112例如可具有相似厚度，例如，约聚合物电解质膜11的厚度的一半。上局部第二侧端部分111仅可弯曲(B)至第一上电极层12，并且因此可覆盖第一电极层12的上表面的一部分。下局部第二侧端部分112仅可弯曲(B)至第二电极层13，并且因此可覆盖第二电极层13的下表面的一部分。

此外，在图9B的膜电极组件中，聚合物电解质膜被分为两个膜11a和11b。在图9B的膜电极组件中，在聚合物电解质膜11a和11b中，直接面向第一电极层12的聚合物电解质膜11a的两个侧端朝向第一电极层12弯曲，并且直接面向第二电极层13的聚合物电解质膜11b的两个侧端朝向第二电极层13弯曲。因此，膜电极组件具有将水分子自主供应至正极和负极这两者的结构。

同时，如图2所示，膜电极组件10可进一步包括额外部件，诸如，气体扩散层21或子垫圈31，以便使膜电极组件应用于燃料电池。具体地，膜电极组件10可在与气体扩散层21和子垫圈31整合的状态下应用于燃料电池。

图10A至图10C、图11A至图11C、图12A至图12C和图13A至图13C是示出了根据本发明的实施方式的各种实例的视图，在各种实例中，膜电极组件、子垫圈、和/或气体扩散层、和/或聚合物框架彼此整合。

首先，图10A至图10C示出了根据本发明的实施方式的其中膜电极组件10与子垫圈31整合的结构。图10A示出了其中膜电极组件10的聚合物电解质膜11朝向第一上电极层12和第二下电极层13弯曲的实例。图10B示出了其中膜电极组件10的聚合物电解质膜11朝向第一上电极层12弯曲的实例。图10C示出了其中膜电极组件10的聚合物电解质膜11朝向第二下电极层13弯曲的实例。

在图10A至图10C中，子垫圈31可整体结合至膜电极组件10的边缘部分，即，结合至它的侧端。例如，子垫圈31可通过热压或辊层压过程结合。

如图10A至图10C所示，子垫圈31可结合至膜电极组件10的边缘部分，以便密封膜电极组件10的侧端，而不暴露该侧端。然而，弯曲并延伸至第一电极层12或第二电极层13的聚合物电解质膜11的端部(E)可暴露于子垫圈31的外部，以便通过将水蒸气供应至氢气或空气的扩散区域来实现自湿润。

接下来，图11A至图11C示出了其中根据本发明的实施方式的膜电极组件10与气体扩散层21和22整合的结构。图11A示出了其中膜电极组件10的聚合物电解质膜11朝向第一上电极层12和第二下电极层13弯曲的实例。图11B示出了其中膜电极组件10的聚合物电解质膜11朝向第一上电极层12弯曲的实例。图11C示出了其中膜电极组件10的聚合物电解质膜11朝向第二下电极层13弯曲的实例。

在图11A至图11C中，气体扩散层21和22可整体结合至膜电极组件10的上部和下部。例如，气体扩散层21和22可通过热压或辊层压过程结合。

如图11A至图11C所示，气体扩散层21和22可结合至膜电极组件10的上表面和下表面，即，结合至第一电极层12和/或第二电极层13的上部和下部，以便通过将从聚合物电解质膜11的弯曲端(E)提供的水分子供应到气体扩散层21和22来实现自湿润。

接下来，图12A至图12C示出了根据本发明的实施方式的其中膜电极组件10、子垫圈31和气体扩散层21和22彼此整合的结构。图12A至图12C中示出的每个实例是将气体扩散层21和22整体结合至图10A至图10C中示出的与子垫圈31整合的膜电极组件10的上部和下部。例如，气体扩散层21和22可通过热压或辊层压过程结合。

如图12A至图12C所示，气体扩散层21和22可结合至膜电极组件10的上表面和下表面，即，结合至第一电极层12和/或第二电极层13的上部和下部，以便通过将从聚合物电解质膜11的弯曲端(E)提供的水分子供应到气体扩散层21和22中来实现自湿润。

接下来，图13A至图13C示出了其中膜电极组件10与气体扩散层21和22整合的其他实例，以及其中膜电极组件10和气体扩散层21和22由聚合物框架被横向固定的结构。图13A示出了其中膜电极组件10的聚合物电解质膜11朝向第一上电极层12和第二下电极层13弯曲的实例。图13B示出了其中膜电极组件10的聚合物电解质膜11朝向第一上电极层12弯曲的实例。图13C示出了其中膜电极组件10的聚合物电解质膜11朝向第二下电极层13弯曲的实例。

在图13A至图13C中，气体扩散层21和22可整体布置在膜电极组件10的上部和下部中，并且气体扩散层21和22与膜电极组件10可通过将单独的框架61结合至所布置的气体扩散层21和22和膜电极组件10的侧端来彼此整合。例如，框架61可通过注射塑模过程结合。

如图13A至图13C所示，气体扩散层21和22可结合至膜电极组件10的上表面和下表面，即，结合至第一电极层12和/或第二电极层13的上部和下部，以便通过将从聚合物电解质膜11的弯曲端(E)提供的水分子供应到气体扩散层21和22中来实现自湿润。

图14A至图14D是示出了根据示例性实施方式的其中弯曲部形成在包括膜电极组件的燃料电池中的位置的各种实例的俯视图。图14A至图14D中的每一个示出了膜电极组件10以及布置在膜电极组件10的下部中的分离器42。在图14A至图14D中，参考标号“11”是指在聚合物电解质膜11仅弯曲至第一电极层12的上部的状态下，延伸至第一电极层12的上部的聚合物电解质膜11的一部分。

图14A示出了聚合物电解质膜11的面向分离器42的歧管部分的一部分被弯曲的结构。图14B示出了聚合物电解质膜11的面向分离器42的长轴的一部分(而不是聚合物电解质膜11的面向歧管部分的一部分)是弯曲的结构。图14C示出了聚合物电解质膜11沿着膜电极组件10的整个边缘弯曲的结构。图14D示出了聚合物电解质膜11沿着膜电极组件10的边缘选择性地仅在部分区域中弯曲的结构，以便通过自湿润来调节水分子的供应量。

如从以上描述清晰可见的是，根据本公开内容中的示例性实施方式的膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，通过燃料电池中的电化学反应生成的水可被自主地供应给正极和负极中的所选择的一个，或者供应给正极和负极这两者。因此，可以防止膜电极组件干燥，并且因此减少燃料电池的性能劣化。

此外，根据示例性实施方式的膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，在不需要外部加湿器将湿润空气供应至膜电极组件的情况下，可供应水分。因此，因为不需要加湿器，可以降低成本。

此外，根据示例性实施方式的膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，可以防止在反应区域中产生的水分子通过电解质膜扩散到单元电池的外部。因此，可以防止电池组中的多个单元电池之间发生短路，并且防止由于水分而侵蚀电池组的外部。

此外，根据示例性实施方式的膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，与相关技术中在除了反应区域之外的区域中布置电解质膜的情况相比，通过允许将膜电极组件布置在分离器的垫圈中，可以缩小尺寸。因此，就材料而言可以降低成本。

此外，根据示例性实施方式的膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，在电解质膜是弯曲的状态下，子垫圈通过辊层压或利用热压的热压缩可以与气体扩散层整合。

此外，根据示例性实施方式的膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，通过在电解质膜是弯曲的状态下将气体扩散层结合至电解质膜，并且通过使用注射塑模形成聚合物框架可以整合单元电池。因此，可以提高电池组的生产力。

此外，根据示例性实施方式的膜电极组件以及包括该膜电极组件的燃料电池，即使水分的供应量根据电池组的规格和操作***而改变，单元电池可以与以定制形式制造以便适合于用户的需求特性的膜电极组件或气体扩散层整合。

尽管出于说明性目的公开了本发明的示例性实施方式，然而本领域技术人员将认识到，在不背离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的前提下，各种修改、添加以及替换都是可以的。

Claims (17)

1.一种燃料电池，包括：

膜电极组件，包括聚合物电解质膜；第一电极层，布置在所述聚合物电解质膜的上表面上；以及第二电极层，布置在所述聚合物电解质膜的下表面上；

气体扩散层，分别布置在所述第一电极层上方和所述第二电极层下方，

其中，所述聚合物电解质膜的至少一端沿着所述第一电极层的侧面向上弯曲并且延伸至所述第一电极层的上表面或者沿着所述第二电极层的侧面向下弯曲并且延伸至所述第二电极层的下表面，以及

其中，所述聚合物电解质膜的至少一端设置在所述第一电极层与一个所述气体扩散层或者所述第二电极层与另一所述气体扩散层之间。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，还包括：上分离器和下分离器，布置在所述膜电极组件的相应上部和下部中，并且包括形成所述膜电极组件的密封结构的相应垫圈。

3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中，所述膜电极组件布置在由所述垫圈形成的所述密封结构的内部。

4.根据权利要求1所述的燃料电池，进一步包括在所述膜电极组件的边缘区域中形成的子垫圈。

5.根据权利要求4所述的燃料电池，其中，所述子垫圈密封所述膜电极组件的侧面，并且延伸至所述第一电极层的上表面或所述第二电极层的下表面的所述聚合物电解质膜的弯曲端暴露于所述子垫圈的外部。

6.根据权利要求4所述的燃料电池，其中，所述膜电极组件和所述子垫圈被整体形成。

7.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述聚合物电解质膜的第一端沿着所述第一电极层的所述侧面向上弯曲并且延伸至所述第一电极层的所述上表面，并且所述聚合物电解质膜的第二端沿着所述第二电极层的所述侧面向下弯曲并且延伸至所述第二电极层的所述下表面。

8.根据权利要求7所述的燃料电池，其中，所述第一电极层的所述侧面和所述第二电极层的所述侧面与分别与之相邻的所述聚合物电解质膜的弯曲部竖直对齐。

9.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述聚合物电解质膜的一端向上弯曲以延伸至所述第一电极层的所述上表面或者向下弯曲以延伸至所述第二电极层的所述下表面。

10.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述聚合物电解质膜的两端在相同方向上弯曲以便延伸至所述第一电极层的所述上表面或者所述第二电极层的所述下表面。

11.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述聚合物电解质膜的至少一端被水平分为上部和下部，所述上部沿着所述第一电极层的所述侧面向上弯曲并且延伸至所述第一电极层的所述上表面，并且所述下部沿着所述第二电极层的所述侧面向下弯曲并且延伸至所述第二电极层的所述下表面。

12.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，

所述聚合物电解质膜包括面向所述第一电极层的第一电解质膜以及面向所述第二电极层的第二电解质膜；并且

所述第一电解质膜的至少一端沿着所述第一电极层的所述侧面向上弯曲并且延伸至所述第一电极层的所述上表面，并且所述第二电解质膜的至少一端沿着所述第二电极层的所述侧面向下弯曲并且延伸至所述第二电极层的所述下表面。

13.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述膜电极组件和所述气体扩散层被整体形成。

14.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，水分子被从延伸至所述第一电极层的所述上表面或所述第二电极层的所述下表面的所述膜电极组件的所述至少一端供应至所述气体扩散层中。

15.根据权利要求1所述的燃料电池，进一步包括结合至所述膜电极组件和所述气体扩散层的层压结构的框架，以便固定所述层压结构。

16.根据权利要求15所述的燃料电池，其中，所述膜电极组件、所述气体扩散层和所述框架被整体形成。

17.一种膜电极组件，包括：

第一电极层；

第二电极层；

聚合物电解质膜，布置在所述第一电极层与所述第二电极层之间；以及

气体扩散层，分别布置在所述第一电极层上方和所述第二电极层下方，

其中，所述聚合物电解质膜的至少一个侧端围绕所述第一电极层的侧端向上弯曲以便延伸至所述第一电极层的上表面，并且所述聚合物电解质膜的向上弯曲的所述侧端设置在所述第一电极层与一个所述气体扩散层之间；和/或

其中，所述聚合物电解质膜的另一侧端围绕所述第二电极层的侧端向下弯曲以便延伸至所述第二电极层的下表面，并且所述聚合物电解质膜的向下弯曲的所述另一侧端设置在所述第二电极层与另一所述气体扩散层之间。

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