的结构，以避免液泛现象。因此，以下的描述将基于催化剂层15具有图2所示结 构的假设进行。在此应当注意的是，图2所示的结构是催化剂层15的一部分。
[0037] 如图2所示，催化剂层15包括：基板21 ;堆叠在基板21上、彼此分开并且面对面 放置的两个或更多含贵金属的层22 ;以及设置在含贵金属的层22之间并且包含空隙23a 的多孔陶瓷层23。此外，在含贵金属的层22和多孔陶瓷层23之间存在空隙24。因此，含 贵金属的层22至少部分地被空隙24与多孔陶瓷层23隔开。图3示出了在200000倍的放 大倍率下观察到的催化剂层的扫描透射电子显微镜（STEM)照片。
[0038] 空隙24在含贵金属的层22与多孔陶瓷层23之间至少部分地存在就足够。换言 之，经由空隙24,含贵金属的层22至少部分地不与多孔陶瓷层23接触而隔开就足够。因 此，含贵金属的层22与多孔陶瓷层23可以部分地接触。
[0039] 含贵金属的层22与多孔陶瓷层23优选在它们的边缘熔合，以便彼此物理连接 (未示出）。如果是通过在它们的边缘熔合而彼此物理连接，含贵金属的层22和陶瓷层23 可以保持彼此分开。
[0040] 在催化剂层15中，两个相邻的含贵金属的层22之间的最大距离优选为 10-400nm(含端点）。只要相邻的含贵金属的层22之间的最大距离在上述范围内，物质可 足够顺利地迀移，不会对电化学电池特性产生不利影响。相邻的含贵金属的层22之间的最 大距离更优选是15_300nm(含端点）。
[0041] 鉴于燃料电池的发电环境的坚固性与低温起动性，存在这样的情况，其中相邻的 含贵金属的层22之间的最大距离优选为30-400nm(含端点）。催化剂层15中相邻含贵金 属的层22之间的最大距离可以通过控制如下所述的成孔材料的量、溅射条件等进行管理。
[0042] 从多孔陶瓷层23到相邻的两个含贵金属的层22的最大距离优选为10-300nm(含 端点）。只要从多孔陶瓷层23到含贵金属的层22的最大距离是在上述范围内，就既能减少 水停滞，又能供给燃料。
[0043] 含贵金属的层
[0044] 所述含贵金属的层22含有贵金属，并且优选不含有非金属载体。
[0045] 含贵金属的层22优选含有量为20原子％或更多的选自Pt、Ir、Ru、Au、Pd、Rh与 Ag的至少一种。就耐久性而言，铂是有利的贵金属。
[0046] 从减少贵金属催化剂的角度看，在PEFC中的含贵金属的层22优选含有 0· 01-0. 3mg/cm2的贵金属（含端点）。
[0047] 含贵金属的层22可以具有多层结构，例如，夹层（sandwich)结构。例如，含贵金 属的层可以由非贵金属的材料制成的中心部分与仅由或主要由贵金属制成的表面部分构 成。在此种情况下，中心部分和表面部分之间的组成差异可导致形成这样的特定表面原子 状态，从而实现高催化剂活性。此外，由于贵金属仅用于表面部分中，贵金属的量可以减少。 就催化剂的活性和耐久性而言，含贵金属的层内中心部分和表面部分的厚度、组成以及结 构可根据使用条件进行优化。还有这样的情况：表面部分含有贱金属（basemetal)以及贵 金属，贱金属比贵金属多一点，以便形成特定的表面组成和结构以改善催化剂的活性，同时 减少贵金属的量。
[0048] 含贵金属的层22可以具有带空孔的多孔结构。如果含贵金属的层22是多孔的， 诸如水排出的物质转移可顺利地进行。其结果是，即使是少量使用贵金属，也能够提高电化 学电池的特性。优选地，含贵金属的层22具有20-80体积％ (含端点）的空隙率。含贵金 属的层中的空隙率按照下面的方式确定。首先，横截面用SEM观察，得到含贵金属的层内的 空隙面积（SN1)和贵金属面积（SN2)。然后，空隙面积（SN1)除以总面积（SN1+SN2)得到空隙率 (sNy(sN1+sN2))。在本实施方案中，该面积比被认为是基于体积的空隙率。例如，如果面积比 是20面积％，空隙率则被认为是20体积％。如果含贵金属的层22具有上述范围内的空隙 率，物质能充分地迀移，而不会降低贵金属的利用效率。
[0049] 优选地，堆叠的两个或更多个含贵金属的层22应该被部分整合，以构成金属部 件。这被认为是因为质子或氢原子能够被顺利输送到电极反应，尽管其机理尚不完全清楚。
[0050] 多孔陶瓷层
[0051] 如上所述，多孔陶瓷层23包括空孔，并且被设置在相邻的两个含贵金属的层22之 间。多孔陶瓷层23具有优选20-80体积％ (含端点）的空隙率，更优选为30-80体积％ (含端点）。如果空隙率小于20体积％，多孔陶瓷层对于水管理的作用不充分，以至于电化 学电池在高电流密度下通常显示出不稳定的特性。另一方面，如果空隙率超过80体积％， 电化学电池的耐久性可能不够好，人们会担心所述多孔陶瓷层具有较差的结构稳定性。多 孔陶瓷层内的空隙率按照下面的方式确定。首先，用SEM观察横截面，以得到多孔陶瓷层内 的空隙面积（S")和陶瓷面积（Se2)。然后，用空隙面积（S")除以总面积（S"+Se2)，就得到 面积比（SC1/(SC1+SC2))。
[0052] 在本实施方案中，这个面积比被视为基于体积的空隙率。例如，如果面积比是20 面积％，则空隙率就被认为是20体积％。
[0053] 根据电化学电池的操作环境，多个多孔陶瓷层可夹在含贵金属的层之间。在这种 情况下，考虑到耐久性和稳定性，相邻的两个多孔陶瓷层之间的距离优选是5-200nm(含端 点）。
[0054] 对于多孔陶瓷层23的材料组成与结构没有特别限制，只要电化学电池在操作环 境下具有足够的化学和电化学稳定性。例如，多孔陶瓷层23可以用含有Ru、Ta、Sn、Zr、W 与Nb中任何一种的氧化物制成。
[0055] 从减少水停滞和改进空隙中的保水能力的角度出发，多孔陶瓷层23的厚度优选 为5-100nm(含端点），更优选10-80nm(含端点）。
[0056] 含贵金属的层22与多孔陶瓷层23之间至少存在空隙24就足够。除了空隙24之 外，诸如纤维状碳的其它材料也可以设置在它们之间。
[0057] 所述空隙优选占据含贵金属的层22与多孔陶瓷层23之间空间的30体积％或以 上的体积比。
[0058] 由于在本实施方案中多孔陶瓷层23设置在两个含贵金属的层22之间，能够实现 优异的电池电压、有利的坚固性和高耐久性。具体地，当水通过PEFC发电而产生于阴极侧， 然后渗入空隙24中时，多孔陶瓷层23就可吸收水，因为它是亲水性的，并且包括空隙。因 此，即使产生了水，也未阻止燃料气体的扩散。因此，即使在潮湿的条件下，也能够避免电池 电压的抑制。此外，同样在干燥条件下，多孔陶瓷层23也可释放保持的水分来降低电解质 膜的干燥度。因此，多孔陶瓷层23能够确保高电池电压和优异的坚固性。此外，如果催化 剂层不包含载体，也不必担心载体会被腐蚀。因此可以获得优异的耐久性。
[0059] 制备催化剂层和膜电极组件的方法
[0060] 上述催化剂层可以通过包括以下步骤的方法来制备：
[0061] 形成含贵金属的层（S01)，
[0062] 在所述含贵金属的层上形成成孔材料层（S02)，
[0063] 在所述成孔材料层上形成含成孔材料的陶瓷层（S03)，
[0064] 依次序重复上述步骤两次或更多次，以得到初始层压体（S04)，以及
[0065] 从所述初始层压体除去所述成孔材料层以及含在所述含成孔材料的陶瓷层内的 所述成孔材料（S05)。在重复所述步骤之后，含贵金属的层可以最终得以形成。
[0066] 具体而言，首先如图4A所示，通过依次重复以下步骤两次或更多次而制备初始层 压体27 :在基板21上形成含贵金属的层22的步骤、在含贵金属的层22上形成成孔材料层 25的步骤，以及在成孔材料层25上形成含成孔材料的陶瓷层26的步骤。由此形成的初始 层压体27包括基板21、设置在其上的含贵金属的层22、成孔材料层25以及含成孔材料的 陶瓷层26。
[0067]含贵金属的层可以含有成孔材料。事实上，有这类情况：其中含贵金属的层需要包 含成孔材料，以便实现高的空隙率。
[0068]含贵金属的层22、成孔材料层25以及含成孔材料的陶瓷层26可以通过溅射或气 相沉积法分别形成。
[0069]在下文所述的清洁液中，要求成孔材料比催化剂材料（贵金属）更可溶。所述成孔 材料是：例如金属或金属氧化物。作为成孔材料，优选使用金属，因为它们可以形成为膜、可 以在短时间内除去、具有优异的处理性并且价格便宜。它们的实例包括Mn、Fe、Co、Ni、Zn、 Sn、Al和Cu。此外，诸如氧化物和氮化物的陶瓷的颗粒可以被用作所述成孔材料。而且，两 种或更多种成孔材料可以被用于形成适当的空隙结构。
[0070] 当成孔材料被溅射或气相沉积时，可以引入氧气到气氛中，以控制多孔陶瓷层与 氧化物的稳定性与结构。优选气氛中的氧分压低于20%。
[0071]