【技术实现步骤摘要】
共价有机框架材料用于燃料电池自增湿膜电极及其制备方法
本专利技术属于燃料电池
，涉及低温膜燃料电池，特别涉及一种共价有机框架材料用于燃料电池自增湿膜电极及其制备方法。
技术介绍
在全球矿物能源日益紧张和环境问题日益严峻的今天，氢能和燃料电池技术的研究受到全球范围内的高度重视。聚电解质膜燃料电池(PEMFC)作为最新一代燃料电池，具有比能量高、工作温度低、环境友好、可在室温下快速启动、寿命长等优点，是移动设备和便携式设备的理想电源，具有极其广阔的应用前景。PEMFC是一种能量转换装置，它可以将储存在燃料中的化学能直接转化成电能的装置。燃料电池不同于热机，不涉及机械能的转换，它不受卡诺循环的限制，理论上的热电联供效率可达90％左右。电极和膜电极是燃料电池的核心部件，是进行能量转换的最终场所，决定着电池的性能、寿命和成本。全氟磺酸聚合物的低温燃料电池是PEMFC中最成功的一类，尽管全氟磺酸聚合物作为一种超强酸具有极强的质子传导率，但是其质子传输能力严重依赖于水合程度。通常PEMFC系统需要对进入反应气进行加湿，以保证...
【技术保护点】
1.一种共价有机框架材料用于燃料电池自增湿膜电极，至少包括气体扩散层、催化层和质子交换膜，在质子交换膜一侧设有掺杂负载磷酸的共价有机框架材料的催化层，另一侧设有含Pt催化剂的催化层，气体扩散层贴附于催化层表面，热压固化而成；其特征在于：所述气体扩散层为多孔纤维碳纸或碳布，厚度为0.10～0.37mm，孔隙率为50～80%；所述催化层，包含催化层粘结剂及铂黑、碳负载铂或碳负载铂合金催化剂中的任一种；所述质子交换膜为厚度5～150μm的高分子聚合物膜。/n
【技术特征摘要】
1.一种共价有机框架材料用于燃料电池自增湿膜电极，至少包括气体扩散层、催化层和质子交换膜，在质子交换膜一侧设有掺杂负载磷酸的共价有机框架材料的催化层，另一侧设有含Pt催化剂的催化层，气体扩散层贴附于催化层表面，热压固化而成；其特征在于：所述气体扩散层为多孔纤维碳纸或碳布，厚度为0.10～0.37mm，孔隙率为50～80%；所述催化层，包含催化层粘结剂及铂黑、碳负载铂或碳负载铂合金催化剂中的任一种；所述质子交换膜为厚度5～150μm的高分子聚合物膜。
2.根据权利要求1所述共价有机框架材料用于燃料电池自增湿膜电极，其特征在于：所述负载磷酸的共价有机框架材料的孔径为0.3～0.5nm，在催化层中的含量为5wt.%～20wt.%。
3.根据权利要求1所述共价有机框架材料用于燃料电池自增湿膜电极，其特征在于：所述催化层粘结剂为全氟磺酸-聚四氟乙烯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯中的一种，优选全氟磺酸-聚四氟乙烯，在催化层中含量为20wt.%～35wt.%。
4.根据权利要求1所述共价有机框架材料用于燃料电池自增湿膜电极，其特征在于：所述共价有机框架材料，其制备过程为：反应底物为三聚氰胺和对苯二甲醛或其衍生物中的一种，以二甲亚砜为溶剂，150～180℃，氩气保护下反应60～80h，产物依次用N，N-二甲基甲酰胺、甲醇、四氢呋喃洗涤，真空干燥即得。
5.根据权利要求1所述共价有机框架材料用于燃料电池自增湿膜电极，其特征在于：所述负载磷酸的共价有机框架材料，经真空辅助法浸渍负载H3PO4，制备过程为：将70mg共价有机框架材料置于Schlenk烧瓶中120℃真空处理12～36h，抽真空去除共价有机框架上残留的物质及孔内的空气，冷却至80℃后，在真空条件下加入10～40wt%50ml的H3PO4溶液，除去真空，搅拌12～18h，通过孔与外界的压差将H3PO4压入共价有机框架材料的孔内；离心后将材料用超纯水清洗直至上清液呈中性，60～80℃干燥，即得。
6.制备如上述权利要求1-5任一所述共价有机框架材料用于燃料电池自增湿膜电极的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）气体扩散层的形成：将多孔纤维碳纸或者碳布在沸腾的有机溶剂中洗涤，除去表面杂质，然后在憎水剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏华能，解政，张玮琦，徐谦，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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