[發明專利]共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201911346600.2
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111129529B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 蘇華能;解政;張瑋琦;徐謙
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M8/1004
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）氣體擴散層的形成：將多孔纖維碳紙或者碳布在沸騰的有機溶劑中洗滌，除去表面雜質，然后在憎水劑中浸泡10～30s，70℃干燥2～3h，置入馬弗爐320～400℃燒結15～30min形成憎水層，再將碳粉均勻負載于憎水層表面，碳粉的負載量為2～3mg/cm²，70℃干燥2～3h，再置于馬弗爐320～400℃燒結15～30min得到預處理的氣體擴散層；

（2）質子交換膜的處理：在80℃先后置于質量濃度為3～5wt.%的過氧化氫溶液和0.5～1mol/L的硫酸溶液中浸泡1～2小時進行預處理，然后用蒸餾水洗滌干凈保存在蒸餾水中備用；

（3）催化層的制備：將Pt催化劑、粘結劑、負載磷酸的共價有機框架材料按照質量比為4～10∶1～3∶50分散在有機溶劑中，超聲分散為均勻的催化層漿料，噴涂負載于質子交換膜一側，形成陽極催化層；將Pt催化劑、粘結劑按照質量比為4～10∶1～3分散在有機溶劑中，超聲分散為均勻的催化層漿料，噴涂負載于質子交換膜另一側，形成陰極催化層，70℃干燥2～3h，其中所述Pt催化劑在催化層中所占的質量為0.1～0.2mg/cm²，負載磷酸的共價有機框架材料在催化層中所占的質量分數為5～20wt.%；

（4）膜電極的制備：將預處理的氣體擴散層分別貼合在陰陽極催化層表面，在3～4MPa熱壓5～10min即制得自增濕膜電極，應用于燃料電池時相對加濕濕度為38%。

2.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述有機溶劑為丙酮、異丙醇或乙醇。

3.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述有機溶劑為丙酮。

4.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述將多孔纖維碳紙或者碳布在沸騰的有機溶劑中洗滌，除去表面雜質，然后在憎水劑中浸泡20s。

5.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述憎水劑為聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。

6.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述憎水劑為聚四氟乙烯。

7.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（2）所述在80℃先后置于質量濃度為5wt.%的過氧化氫溶液和1mol/L的硫酸溶液中浸泡1小時進行預處理。

8.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（2）所述質子交換膜為厚度5～150 μm的全氟磺酸膜。

9.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述Pt催化劑為鉑黑、碳負載鉑或碳負載鉑合金。

10.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述Pt催化劑為碳負載鉑。

11.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述有機溶劑為異丙醇或無水乙醇。

12.根據權利要求1所述共價有機框架材料用于燃料電池自增濕膜電極的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述有機溶劑為異丙醇。