Protonenleitende Sol-Gel Materialien

Brennstoffzellen ermöglichen eine effiziente Energieumwandlung von chemischer in elektrische Energie. Die zur Zeit kommerziell eingesetzten Membranen benötigen eine wäßrige Phase für den Protonentransport und sind somit auf Temperaturen unter dem Siedepunkt von Wasser beschränkt. Eine höhere Arbeitstemperatur würde die Toleranz des Platinkatalysators gegenüber Kohlenstoffmonoxid drastisch verbessern. Die Entwicklung von wasserfreien Polymer-Electrolyt-Membranen (PEM) mit guter Protonenleitfähigkeit bei höheren Temperaturen wäre somit ein Durchbruch für die Brennstoffzelltechnologie. Stickstoffhältige Heterozyklen können als Protonenträger fungieren, und somit die wäßrige Phase in der Membran ersetzen. Das vorliegende Projekt befaßt sich daher mit der Herstellung von Sol-Gel Materialien, bei denen Triazol in die Poren eines mesostrukturierten Materials eingebaut ist. Es wird erwartet, daß die Protonenleitfähigkeit entlang der mit Heterozyklen befüllten Kanäle erhöht wird. Der Einbau der Heterozyklen erfolgt dabei entweder direkt über die Verwendung von triazolhältigen Amphiphilen oder indirekt durch die Infiltrierung von Triazolgruppen in ein mesoporöses Material. Die Protonenleitfähigkeit der so hergestellten Pulver wird an Preßlingen gemessen. Der letzte Teil des Projekts befaßt sich mit der eigentlichen Membranherstellung. Die Systeme mit den besten Ergebnissen in Bezug auf Protonenleitung werden so optimiert, daß flexible Membranen hergestellt werden können. Dabei werden drei verschiedene Strategien verfolgt: Im ersten Ansatz werden im Sol-Gel Prozeß Silane eingesetzt, die eine organische polymerisierbare Gruppe enthalten und somit auch ein organisches Netzwerk aufbauen können. Im zweiten Ansatz werden bis-Silane verwendet, die über eine Polymerbrücke verbunden sind und somit ein Hybridnetzwerk aufbauen können. Im dritten Ansatz werden die Sol-Gel Reaktionen in-situ in einer Polymerlösung durchgeführt.