Aufklärung des Ladungstransports in funktionalisierten porösen Organosilikaten und Kompositmembranen mit MAS-NMR-Spektroskopie und Diffusometrie

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Für Komposit‐Membranen in Polymerelektrolyt‐Brennstoffzellen ist zur Erzielung einer hohen Leitfähigkeit eine Optimierung der Feuchtigkeit notwendig. Dafür ist Aufklärung des bisher unzureichend bekannten Mechanismus der Protonenleitung hilfreich. Die einzusetzenden Komposit‐Membranen bestehen aus einem protonenleitenden Polymer, in das mesoporöse anorganische Nanopartikel eingebracht werden, die mit Sulfonsäuregruppen funktionalisiert sind. Diese sollen an der Kathode der Brennstoffzelle entstehendes Produktwasser in das Membraninnere leiten, bei Temperaturen über 100 °C eine wasserspeichernden Funktion übernehmen und somit eine Erhöhung der Betriebstemperatur der Zelle ermöglichen. Die Aufklärung des Mechanismus der Leitfähigkeit erfordert neben den Messungen der Leitfähigkeit mittels Impedanzspektroskopie und anderen makroskopischen chemischen Methoden ein mikroskopisches Verfahren, das die Struktur der Komposite mit ihren funktionellen Gruppen und die Transporteigenschaften des Wassers untersucht. Dafür werden die MAS NMR‐Spektroskopie an 1H‐, 13C‐ und 29Si‐Kernen und wegen der Komplexität des Wasserstoffsignals die hochaufgelöste 1H MAS PFG NMR‐Diffusometrie eingesetzt. Für die in situ‐Messungen soll der Temperaturbereich oberhalb von 80 °C erweitert werden.