3D-Composites from Hybrid Membranes for DMFC: Processing and Testing Technology

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Ziel des Projektes ist es, ausgehend von kommerziell erhältlichen NafionRO-Derivaten durch kolloidchemische Techniken und mikrowelleninduzierte Prekursorpyrolyse neuartige anorganisch-organische Hybridmaterialien für die PMFC zu entwickeln. Diese Materialien sollen eine auf die Funktionsweise eines ElektrodeElektrolyt-Elementes (MEA's) abgestimmte hohe lokale Gasdiffusität, katalytische Aktivität, Ionen- und elektronische Leitfähigkeit aufweisen sowie einen gleichmäßigen H2O-Transport gewährleisten. Die Kombination aus kolloidchemischer und Mikrowellen-Technik dient der Strukturierung der MEA's und der Entwicklung eines Fertigungsverfahrens für Filme (ca. 50 µm), die aus Netzwerken von Poren, Katalysator, Ionomer und Elektronenleiter auf beiden Seiten einer dichten Ionomermembran bestehen. Die mikrowelleninduzierte in situ Pyrolyse überführt einen Edelmetall-Prekursor in die katalytisch aktive Form. Im weiteren Verlauf der Untersuchungen soll daraus eine Fertigungstechnik zur Einführung von Übergangsmetall-Carbonitriden und Oxycarbiden als Katalysator und elektronischer Leiter in die PMFC entwickelt werden. Mit den Hybridmaterialien gebaute Einzelzellen werden in O2, Luft und organischen Dämpfen mittels StromSpannungs-Kennlinien charakterisiert, wobei im ersten Abschnitt konventionelle Interkonnektorwerkstoffe sowie C-Werkstoffe als Gasdiffusions- und Verbindungsschichten, anschließend aber Carbonitride eingesetzt werden. Die Mikrostruktur wird zerstörungsfrei mittels konfokaler Lasermikroskopie untersucht, der Phasenbestand mittels XRD, die katalytische Aktivität mittels Chemisorption und die Porosität und Oberfläche mittels Mehrpunkt-BET und Hg-Intrusion.