Molekulares Design von Nanohybridmembranen für Brennstoffzell-Anwendungen

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Die Herstellung protonenleitender Hybridmembranen für Brennstoffzellen wird auf der Basis eines theoretischen Materialsdesigns weiter optimiert. Auf Seiten der wasserspeichernden SO3H-funktionalisierten anorganischen Nanopartikel werden die Schwerpunkte auf die Modifizierung neuer Al-MCM-41-Nanoteilchen und die Entwicklung von neuartigen periodisch mesoporösen Organosilicaten (PMOs) mit extrem hoher Dichte an hydrophilen und protonenleitenden Sulfonsäuregruppen gelegt. Theoretische Arbeiten werden sich auf die Modellierung der Protonenleitung in Al-MCM-41- und PMO-Porengeometrien in Anwesenheit von wenig Wasser konzentrieren. Aus den modifizierten anorganischen Partikeln und geeigneten Polymeren (z.B. Nafion®) werden mittels eines Re-Cast-Verfahrens gradientenfreie protonenleitende Nanohybridmembranen erzeugt. Die Wassersorption, Protonenleitwerte und Permeation dieser Systeme werden mit verschiedenen Techniken (z.B. Adsorption, Impedanzspektroskopie, Feldgradientenimpuls-NMR) bestimmt und mit Simulationen, die auch den Protonenübergang zwischen den Partikeln und der umgebenden Nafion®-Matrix berücksichtigen, verglichen. Ziel ist, aus diesen Hybridsystemen Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) herzustellen und deren Funktion bei 120-170 °C praxisrelevant zu prüfen.