1.一种可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极,主要由气体扩散层、催化层和磷酸掺杂的聚苯并咪唑膜组成,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0.25~0.30mm,孔隙率为50~75%;所述催化层中掺杂有负载磷酸的共价有机框架材料,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;所述磷酸掺杂的聚苯并咪唑膜为厚度为20~50μm高分子聚合物膜;
所述负载磷酸的共价有机框架材料,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,真空干燥得到共价有机框架材料;将共价有机框架材料置于反应容器中,真空脱气,除去共价有机框架材料中的空气,向其加入质量分数为25~35%的磷酸,真空搅拌12h,然后100~130℃去真空继续搅拌6h,产物用去离子水洗涤至上清液为中性,60℃真空干燥,即得。
2.根据权利要求1所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极,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.%~
25wt.%。
3.根据权利要求1所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极,其特征在于:所述催化层粘结剂为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯中的一种,在催化层中含量为10wt.%~
40wt.%。
4.根据权利要求1所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极,其特征在于:所述电极的工作温度为140~250℃。
5.一种上述权利要求1‑4任一所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)先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,然后将其在憎水剂中浸泡12~25min,70℃干燥25~40min,置入马弗炉320~400℃烧结10~20min形成2
憎水层,再将碳粉均匀负载于憎水层表面,所述碳粉的负载量为2~3mg/cm ,50℃干燥30~
60min,再置于马弗炉320~400℃烧结10~20min得到憎水层为10~35wt.%的气体扩散层;
(2)将Pt催化剂、负载磷酸的共价有机框架材料、粘结剂按照质量比为0.6~0.7:0.05~0.2:0.15分散在有机溶剂中,超声分散为均匀的催化层浆料,喷涂负载于气体扩散层表面,90℃干燥3~4h后形成催化层和电极整体,其中所述Pt催化剂在催化层中所占的质量为2
0.5~0.7mg/cm ,负载磷酸的共价有机框架材料在催化层中所占的质量分数为5~
25wt.%;
所述负载磷酸的共价有机框架材料,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,真空干燥得到共价有机框架材料;将共价有机框架材料置于反应容器中,真空脱气,除去共价有机框架材料中的空气,向其加入质量分数为25~35%的磷酸,真空搅拌12h,然后100~130℃去真空继续搅拌6h,产物用去离子水洗涤至上清液为中性,60℃真空干燥,即得;
(3)将质子交换膜浸入质量分数为85%的浓磷酸中,110~140℃处理4~8h;
(4)取两片步骤(2)所得电极整体和步骤(3)所得经处理的质子交换膜,在100~120℃,
3~4MPa热压5~10min,制得缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极。
6.根据权利要求5所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述有机溶剂为丙酮、异丙醇或乙醇;所述憎水剂为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
7.根据权利要求6所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述有机溶剂为丙酮。
8.根据权利要求5所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述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,然后将其在憎水剂中浸泡15min。
9.根据权利要求5所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述Pt催化剂为铂黑、碳负载铂或碳负载铂合金;所述有机溶剂为异丙醇或N,N‑二甲基乙酰胺。
10.根据权利要求9所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述Pt催化剂为碳负载铂。
11.根据权利要求5所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述催化层的粘结剂为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。
12.根据权利要求11所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述催化层的粘结剂为聚偏氟乙烯。
13.根据权利要求5所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极的制备方法,其特征在于:步骤(3)所述质子交换膜为聚苯并咪唑全氟磺酸膜。
14.根据权利要求5所述可缓解磷酸电解质流失的高温膜燃料电池电极的制备方法,其特征在于:步骤(3)所述将质子交换膜浸入质量分数为85%的浓磷酸中,130℃处理6h。