Entwicklung einer protonenleitenden, fluorfreien Silikonmembran für Brennstoffzellenanwendungen

AUFGABENSTELLUNG

In Hinblick auf die Redu­zierung von CO₂-Emissionen und der Schonung fossiler Ressourcen stellen Brenn­stoff­zellen eine wichtige Techno­logie dar. Insbeson­dere für mobile Anwen­dungen hat sich dabei die wasser­stoff­betriebene Polymer­elektrolyt­membran-Brenn­stoff­zelle (PEMFC) durchgesetzt. Eine zentrale Komponente der PEMFC bildet die Polymer­elektrolyt­membran, welche als Barriere für Elek­tronen und Reaktions­gase dient, während sie den Protonen­aus­tausch zwischen Anode und Kathode ermög­licht. Ak­tuell werden perfluo­rierte Polymer­membranen in PEMFCs einge­setzt, da diese eine ausge­zeich­nete Stabi­lität unter den heraus­for­dernden Betriebs­be­dingungen in PEMFCs aufweisen. Jedoch ist die Lang­lebig­keit der perfluorierten Materialien mit einem sehr hohen Preis und der Gefahr der Frei­setzung von toxi­schen Spalt­produkten in die Umwelt verbunden.

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Ziel des Projektes ist die Entwick­lung einer protonen­leitenden Membran für den Einsatz in PEMFCs. Die Polymer­membran soll dabei auf Silikon basieren, da dieses eine gute Chemikalien- und Dimensions­be­stän­dig­keit aufweist und toxiko­logisch unbe­denk­lich ist. Über die Funktio­nali­sierung von Silikon­struk­turen soll eine hohe Protonen­leit­fähig­keit der zu ent­wi­ckeln­den Membran erreicht werden. Weitere Anfor­de­rungen sind zudem eine geringe Gas­durch­lässig­keit, eine nied­rige Quell­rate und eine hohe Oxidations­stabi­lität.

NUTZEN | AUSBLICK

Die erfolg­reiche Entwick­lung einer fluor­freien, pro­to­nen­leitenden Silikon­membran, welche die An­for­de­rungen für den Einsatz in PEMFCs erfüllt, würde eine deut­lich kosten­günsti­gere und umwelt­freund­lichere Alter­native zu perfluo­rierten Polymer­membranen in Brenn­stoff­zellen­anwen­dungen bieten.