Phosphorsäuredotierte Protonenleiter auf Basis von aminierten Membranen aus ETFE-graft-poly-(glycidylmethacrylat)-Derivaten

Abstract

Polymere Protonenleiter der so genannten zweiten Generation sollen eine Betriebstemperatur von deutlich über 100 °C bei keiner oder nur geringer Befeuchtung der Betriebsgase ermöglichen und so die Effizienz von Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (PEM-FC) erheblich steigern. Komposite aus basischen Polymeren und Säuren gelten seit einiger Zeit als aussichtsreiche Ansätze für Brennstoffzellensysteme, die bei verringerter Feuchte und erhöhten Temperaturen operieren. Basierend auf diesem Konzept werden in dieser Arbeit basische Polymermembranen vorgestellt, die durch strahlungsinduzierte Pfropfpolymerisation von Glycidylmethacrylat mit Butylacrylat und Acrylnitril auf Filmen aus Poly(tetrafluorethylen-alt-ethylen) (ETFE) und anschließender Umsetzung mit Alkylaminen erzeugt werden. Durch anschließende Dotierung mit Phosphorsäure – bis zu 86 Gew.-% – können diese Matrices in Protonenleiter überführt werden, die auch bei 125 °C und ohne Befeuchtung hohe Leitfähigkeiten bis zu 60 mS/cm aufweisen. Die Säuredotierung der erhaltenen basischen Polymermatrices sowie die Charakterisierung des Polymer/Säure-Komposits hinsichtlich thermischer und mechanischer Stabilität sind ebenfalls Teil dieser Arbeit.