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DE10250314A1 - Eine neue Schlichte für Glasfasern und deren Einsatz in Kationenaustauschermembranen - Google Patents

Eine neue Schlichte für Glasfasern und deren Einsatz in Kationenaustauschermembranen Download PDF

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DE10250314A1
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DE
Germany
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polymer
membrane
reinforcing material
polymer membrane
reinforced
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE10250314A
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English (en)
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Verena Dipl.-Ing. Graf (FH)
Stefan Dr. Lotz
Thomas Dr.Rer.Nat. Soczka-Guth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Priority to PCT/DE2003/003429 priority patent/WO2004039870A2/de
Priority to AU2003277822A priority patent/AU2003277822A1/en
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Abstract

Der erfindungsgemäße Gegenstand betrifft eine verstärkte Polymermembran, wobei die verstärkte Polymermembran wenigstens eine Polymerschicht, basierend auf wenigstens einem Polymer mit sauren Eigenschaften, und wenigstens eine Verstärkungsmaterialschicht mit basischen Eigenschaften umfasst, wobei wenigstens eine äußere Oberfläche der Polymerschicht wenigstens eine äußere Oberfläche der Verstärkungsmaterialschicht haftend kontaktiert, wobei die Haftung auf einer elektrostatischen Wechselwirkung beruht. Der erfindungsgemäße Gegenstand betrifft außerdem ein Verfahren zur Verstärkung einer Polymermembran, die Verwendung verstärkter Polymermembranen sowie Brennstoffzellen, insbesondere Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen, die wenigstens eine erfindungsgemäß verstärkte Polymermembran aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft verstärkte Polymermembranen, Verfahren zur Verstärkung von Polymermembranen, Verwendungen der verstärkten Polymermembranen sowie Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen.
  • Die Verwendung von Polymer-Elektrolyt-Membranen z.B. in Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen erfordert eine hohe chemische, thermische und mechanische Stabilität der Membranen. Die Membranmaterialien zeigen unter Betriebsbedingungen meist eine zu geringe mechanische Stabilität.
  • Möglichkeiten der Stabilisierung der Membranen bestehen darin, die Membranen entweder in einer erhöhten Dicke oder mechanisch verstärkt einzusetzen. Die Ionenleitfähigkeit der Membranen wird jedoch durch die Dicke der Membranen begrenzt. Im Stand der Technik ist ebenfalls eine mechanische Verstärkung der Membranen mittels Fasern, Geweben und/oder Vliesen bekannt, die häufig aus Silicatgläsern bestehen. Diese Verstärkung durch Glasfasern gemäß dem Stand der Technik hat jedoch den Nachteil, dass die Polymermembran nur ungenügend an die Verstärkungsmaterialien bindet.
  • Aus der deutschen Patentanmeldung DE 100 54 233 sind kovalent vernetzte Komposit-Polymer-Membranen bekannt, die aus Polymeren und Gerüst- und/oder Schichtsilicaten bestehen. Die Polymermembran wird über allylische Cl-Gruppen kovalent an die durch Aminosilan modifizierte Glasoberfläche gebunden.
  • Weiterhin sind aus der Patentschrift DE 198 17 374 Kationenaustauscherpolymer- und Anionenaustauscherpolymer-Blendmembranen bekannt, die jedoch nur eine geringe mechanische Stabilität aufweisen.
  • Bei dem vorgenannten Stand der Technik handelt es sich um Techniken der Verstärkung, die weitgehend von der Modifikation der Glasoberfläche durch das Verfahren des Schlichtens abhängen. Unter dem Begriff „Schlichtemittel" wird im Sinne dieser Erfindung die Verwendung einer oder mehrerer Substanzen zur Modifizierung der Oberfläche, z.B. des Verstärkungsmaterials verstanden, welche aus einer bevorzugt wässrigen oder alkoholischen Lösung auf das Verstärkungsmaterial aufgebracht wird und bevorzugt als ein dünner Film dessen Oberfläche bedeckt.
  • Eine weitere wesentliche Einflussgröße ist der Wasserhaushalt der Brennstoffzellen, da die Membranen nur bei ausreichender Feuchtigkeit eine gute Leitfähigkeit zeigen.
  • Das Entstehen eines Diffusionsstromes an der Oberfläche der Membran durch Zuführung des Reaktionsgases kann zu einer Austrocknung der Membran führen, während flüssiges Wasser die Poren der Membran füllen kann. Ein stabiles Feuchtigkeitsniveau in der Membran kann während des Betriebes bislang nicht völlig gesichert werden. Sind die Membranen einem schwankenden Wassergehalt ausgesetzt, so wird durch das dadurch verursachte Quellen und Trocknen der Membranen deren Anbindung an das Verstärkungsmaterial zerstört und die Dauer ihrer Einsatzfähigkeit in einer Brennstoffzelle verkürzt.
    •
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verstärkte Polymermembranen zur Verfügung zu stellen, die durch eine verbesserte Verbindung der Verstärkungsmaterialschicht und der Polymer-Elektrolyt-Membran eine verbesserte mechanische Stabilität des Materialverbundes aufweist.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich einer verstärkten Polymermembran gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Verfahren und Verwendungen sind in den Unteransprüchen und Nebenansprüchen angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Gegenstand betrifft eine verstärkte Polymermembran, wobei die verstärkte Polymermembran wenigstens eine Polymerschicht, basierend auf wenigstens einem Polymer mit sauren Eigenschaften, und wenigstens eine Verstärkungsmaterialschicht mit basischen Eigenschaften umfasst, wobei wenigstens eine äußere Oberfläche der Polymerschicht wenigstens eine äußere Oberfläche der Verstärkungsmaterialschicht haftend kontaktiert, wobei die Haftung auf einer elektrostatischen Wechselwirkung beruht.
  • Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass ein Polymer mit sauren Eigenschaften, welches an eine Verstärkungsmaterialschicht mit basischen Eigenschaften über elektrostatische Wechselwirkungen gebunden ist, die für Anwendungen als Polymer-Elektrolyt-Membran in einer Brennstoffzelle notwendige Stabilität aufweist und der Verbund durch Veränderungen des Feuchtigkeitsgehaltes in der Brennstoffzelle nicht zerstört wird. Daher handelt es sich bei der elektrostatischen Wechselwirkung vorzugsweise um eine Wechselwirkung zwischen einer sauren und einer basischen Gruppe.
  • Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen verstärkten Polymermembran ist, dass der Verbund des zu verstärkenden Materials mit dem verstärkenden Material auf elektrostatischer Wechselwirkung beruht. Die erfindungsgemäße Polymermembran weist insbesondere eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Veränderungen des Feuchtigkeitsgehaltes in der Brennstoffzelle während des Betriebes auf und somit eine verbesserte mechanische Integrität des Materialverbundes gegenüber einer durch kovalente Bindungen an ein starres Verstärkungsmaterial gebundenen Membran. Unter dem Begriff „verstärkt" wird im Sinne dieser Erfindung entsprechend „stabilisiert" verstanden.
  • Die erfindungsgemäße verstärkte Polymermembran zeigt durch eine verbesserte Fähigkeit zur Anpassung an unterschiedliche Feuchtigkeitsverhältnisse eine deutlich verringerte Rissbildung oder Splittern des Materialverbundes aufgrund wechselnder Feuchtigkeit und somit eine geringere Gefahr der Ablösung des sauren Ionomers von dem basischen Verstärkungsmaterial und eine deutlich erhöhte Langzeitstabilität und somit eine längere Einsatzfähigkeit des Verbundes in Brennstoffzellen.
  • Eine die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass das Verstärkungsmaterial ein oxidisches Material umfasst, wobei das oxidische Material vorzugsweise Zirkon, Silicium und/oder Titan enthält. Bevorzugte oxidische Materialien sind Gläser abgekühlter Schmelzen von Siliciumoxiden, Zirkonoxiden, Titanoxiden, Calciumoxiden und/oder Natriumoxiden, welche Zusätze von Boroxiden, Aluminiumoxiden, Bleioxiden, Magnesiumoxiden, Bariumoxiden und/oder Kaliumoxiden umfassen können, insbesondere sind Silicatgläser bevorzugt. Ferner kann das oxidische Verstärkungsmaterial weitere übliche Zusätze und/oder Komponenten aufweisen.
  • Die Verstärkungsmaterialschicht umfasst vorzugsweise anorganische Fasern oder Filamente, Vliese und/oder Gewebe, wobei Länge und Durchmesser der Fasern oder Filamente generell variabel sind, bevorzugt sind Glasfasern mit geringem Durchmesser unter Ausbildung einer großen Oberfläche des Verstärkungsmaterials. Ferner können die Fasern und Filamente Vliese und/oder Gewebe ausbilden, wobei Vliese eine bevorzugte Verstärkungsmaterialschicht ausbilden.
  • Die Oberfläche des Verstärkungsmaterials kann modifiziert werden, wobei bevorzugte Schlichtemittel zur Modifizierung insbe sondere basische Schlichtemittel sind. Das erfindungsgemäße Schlichtemittel umfasst ein Kupplungsreagenz und bevorzugt geeignete Zusätze, beispielsweise Filmbildner, oberflächenaktive Substanzen, Weichmacher und/oder Stabilisatoren. Unter einem „Kupplungsreagenz" im Sinne dieser Erfindung wird ein Mittel verstanden, welches zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Verbundes zwischen einer Polymerschicht, basierend auf wenigstens einem Polymer mit sauren Eigenschaften und wenigstens einer Verstärkungsmaterialschicht mit basischen Eigenschaften, beiträgt. Bevorzugte Kupplungsreagenzien im Sinne der Erfindung sind Silane, die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung von Kupplungsmitteln mit aminofunktionalen Seitengruppen oder Aminosilan-Kupplungsmittel. Jedes beliebige Aminosilan-Kupplungsmittel, welches sich an ein Glas kondensiert und eine aminofunktionale Gruppe auf der modifizierten Oberfläche aufweist, kann im Sinne der Erfindung verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten oxidischen Materialien oder Gläser können unbehandelt oder vorbehandelt geschlichtet werden. Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine Vorbehandlung der Oberfläche der Glasfasern. Geeignete basische Lösungen oder Laugen, beispielsweise Natriumhydroxid- oder Kaliumhydroxidlaugen, können bei Raumtemperatur oder unter erhöhten Temperaturen auf die Fasern einwirken und deren Oberfläche anätzen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, dass das Verstärkungsmaterial mit einem Kupplungsreagenz, vorzugsweise Silan, modifiziert ist, wobei dieses Kupplungsreagenz bevorzugt durch Kondensation auf das Verstärkungsmaterial aufgebracht ist. Das Inkontaktbringen des Kupplungsreagenzes mit dem Verstärkungsmaterial, bevorzugt mit einem durch Anätzen der Oberfläche vorbehandelten Glasvlies, führt zur Ausbildung einer Bindung, vorzugsweise einer kovalenten Bindung, zwischen dem Verstärkungsmaterial und dem Silan durch eine Kondensationsreaktion. Die Kondensationsreaktion kann basisch oder sauer katalysiert sein.
  • Eine die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass das Verstärkungsmaterial mit einem basischen Silan der nachstehenden Formel (1) (RO)nSiBm (1) modifiziert ist, wobei:
    n, m ist gleich oder unabhängig voneinander 1, 2 oder 3;
    n + m ist 4 ;
    R ist eine Alkyl- oder Arylgruppe;
    B ist eine basische Gruppe, insbesondere eine Stickstoffverbindung, ausgewählt aus der Gruppe umfassend primäre, sekundäre oder tertiäre Amine, primäre, sekundäre oder tertiäre Amide, heterocyclische Stickstoffverbindungen, insbesondere 5-Ring- oder 6-Ring-Heterocyclen, z.B. Pyrazole, Imidazole, Triazole, Oxazole, Thiazole, Pyridine, Pryrimidine oder kondensierte stickstoffhaltige Ringsysteme.
  • Weitere geeignete stickstoffhaltige Gruppen B sind beispielsweise Pyrrole, Pyrazine, Pyridazine, Triazine, Indole, Chinoline, Isochinoline oder Purine. Die Kondensationsreaktion führt erfindungsgemäß zur Ausbildung einer modifizierten Oberfläche der Glasfasern, wobei die Oberfläche des Verstärkungsmaterials bevorzugt die basischen oder stickstoffhaltigen Gruppen des Silans an der modifizierten Oberfläche aufweist. Eine funktionale Seitengruppe des Kupplungsreagenzen kann im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine geschützte Aminogruppe sein. In vorteilhafter Weise sind die erfindungsgemäß ausgewählten Seitengruppen unabhängig voneinander stickstoffhaltige Seitengruppen und Alkoxygruppen, welche weitere funktionale Gruppen aufweisen können.
  • Bevorzugte Seitengruppen der erfindungsgemäß verwendeten Silane sind Alkoxygruppen, umfassend kurze lineare Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt Methoxy- oder Ethoxygruppen.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verstärkungsmaterial bevorzugt mit einem basischen Silan-Kupplungsreagenz der Formel (2) (MeO)mSi[(CH2)1NH2]v (2) modifiziert ist, wobei:
    m 1, 2 oder 3 ist;
    l eine ganze Zahl zwischen 0 und 12 ist;
    Me eine Methylgruppe ist;
    v 1, 2 oder 3 ist;
    v + m 4 ist.
  • Erfindungsgemäß werden beispielsweise 3-Aminopropyl-trimethoxysilan oder Aminopropyltriethoxysilan verwendet.
  • Eine noch vorteilhaftere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verstärkungsmaterial bevorzugt mit einem basischen Silan-Kupplungsreagenz der Formel (MeO)3SiNH2 modifiziert ist.
  • Bevorzugt werden die modifizierten Verstärkungsmaterialien in Kationen-Austauscher-Membranen eingesetzt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß verstärkten Polymermembran ergibt sich dadurch, dass erfindungsgemäß die verstärkte Membran eine Polymerelektrolytmembran, bevorzugt eine Kationen-Austauscher-Membran ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, dass das verwendete Polymer mit sauren Eigenschaften umfassend Polymere, Copolymere und/oder Polymerblends, vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polymethylmethacrylat, perfluorierte Polystyrole, Polytetrafluorethylen, Copolymerisate aus sulfoniertem Styroldivinylbenzol, sulfonierte Polyethersulfo ne, Polysulfone, Polyetheretherketone, Polyimide, Polybenzimidazole, Polyacetylene, Polypyrrole, Polythiophene, Polyaniline und/oder Polyphenylene. Weitere erfindungsgemäß geeignete Polymere sind beispielsweise Polyvinylchlorid, Polystyren, Polymethylmethacrylat, Polytetrafluorethylen. Besonders bevorzugt weist das Polymer Sulfonsäuregruppen auf. Ein erfindungsgemäß verwendbares Polymer mit sauren Eigenschaften ist insbesondere Nafion®, erhältlich bei der Firma Du Pont.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass das mit einem Kupplungsreagenz modifizierte Verstärkungsmaterial der Polymermembran im Vergleich zu der entsprechend nicht-modifizierten Polymermembran eine höhere Anzahl von trocken-naß Zyklen bei 80 °C ohne Verlust der mechanischen Integrität und ohne Zerstörung des Verbundes zwischen der Polymerschicht und der Verstärkungsmaterialschicht übersteht. Die Vergleichspolymermembran ist eine Polymermembran identischer Zusammensetzung, bis auf den Unterschied, dass die Verstärkungsmaterialschicht der Vergleichspolymermembran nicht erfindungsgemäß modifiziert wurde. Eine weitere wesentliche Verbesserung ist, dass der erfindungsgemäße Verbund auch durch häufiges Quellen und Trocknen nicht zerstört wird. Bevorzugt ist die Anzahl von trocken-naß Zyklen bei 80 °C, die die erfindungsgemäße verstärkte Polymermembran ohne Verlust der mechanischen Integrität übersteht, im Vergleich zu den entsprechenden nicht erfindungsgemäß verstärkten Polymermembranen um den Faktor > 1 höher, vorzugsweise um den Faktor > 1,5 höher und besonders bevorzugt mindestens doppelt so hoch.
  • Noch eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Haftung zwischen der Polymerschicht, basierend wenigstens auf einem Polymer mit sauren Eigenschaften und der Verstärkungsmaterialschicht mit basischen Eigenschaften, ausschließlich auf elektrostatischer Wechselwirkung beruht. Erfindungsgemäß wird das saure Ionomer durch ionische Wechselwirkung an die basische Glasfaser gebunden. Die basisch modifizierte Oberfläche des Vlieses tritt mit einem Polymer mit sauren Eigenschaften in Kontakt. Der gebildete Verbund beruht bevorzugt auf einer ionischen Wechselwirkung zwischen den sauren Gruppen des Polymers und den basischen, bevorzugt stickstoffhaltigen, Gruppen des Verstärkungsmaterials. Bei der erfindungsgemäß verstärkten Polymermembran wird eine Ablösung des zu verstärkenden Materials von dem verstärkenden Material auch beispielsweise unter Bedingungen die ein Quellen und Schrumpfen des Ionomers hervorrufen, wie Bedingungen wechselnder Feuchtigkeit, vermieden.
  • In vorteilhafter Weise umfasst das Verfahren die folgenden Schritte,
    a) Modifizierung des Verstärkungsmaterials mit einem basischen Silan;
    b) Kontaktieren des modifizierten basischen Verstärkungsmaterials mit einem Polymer mit sauren Eigenschaften, wobei das Polymer mit sauren Eigenschaften über elektrostatische Wechselwirkung an das basisch modifizierte Verstärkungsmaterial bindet.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, dass man eine erfindungsgemäß verstärkte Polymermembran als Polymer-Elektrolyt-Membran in einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle verwendet. In weiterhin vorteilhafter Weise wird eine erfindungsgemäß verstärkte Polymermembran als Polymer-Elektrolyt-Membran zur Gewinnung elektrochemisch erzeugter Energie verwendet. Vorzugsweise wird eine erfindungsgemäß verstärkte Polymermembran als Membran in Dialyse- und/oder Trennverfahren verwendet.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass Brennstoffzellen, insbesondere Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen wenigstens eine erfindungsgemäß verstärkte Polymermembran aufweisen.
  • Das folgenden Ausführungsbeispiel beschreibt eine bevorzugte Möglichkeiten, eine erfindungsgemäß verstärkte Polymermembran darzustellen, ohne die Erfindung auf dieses einzuschränken.
    •
  • Ein dünnes Glasfaservlies wurde durch Eintauchen in 50 °C warme 1 molare Natronlauge für 10 Sekunden oberflächlich angeätzt und anschließend mit entionisiertem Wasser gründlich gespült. Das Vlies wurde bei 30 °C in einem Umluftofen für 10 Minuten getrocknet und anschließend bei Raumtemperatur für 10 Sekunden in eine 50%ige Lösung von 3-Aminopropyltrimethoxysilan in Ethanol getaucht. Überschüssige Lösung wurde durch Abschütteln entfernt und das Vlies 30 Minuten bei Raumtemperatur sowie anschließend 10 Minuten bei 100 °C getrocknet.
  • Auf einer Glasplatte wurde eine 15 %ige Lösung von Nafion® der Fa. Du Pont mit einem Äquivalentgewicht von 1100 in einer Schichtdicke von ca. 100 μm gleichmäßig vorgelegt. Das modifizierte Vlies wurde langsam auf die vorbereitete Nafion®-Lösung aufgebracht. Die Lösung wurde anschließend auf der Glasplatte für 15 Minuten bei einer Ofentemperatur von 140 °C getrocknet. Die erhaltene Oberfläche wurde erneut mit einer Nafion®-Lösung einer Schichtdicke von 200 μm beschichtet und für 15 Minuten bei einer Ofentemperatur von 140 °C getrocknet.
  • Im Anschluss wurde die erhaltene Membran im Wasserbad von der Glasoberfläche abgelöst, mit fusselfreiem Papier getrocknet, auf einer weiteren Glasplatte mit Klebeband an den Rändern fixiert und für 2 Minuten bei einer Ofentemperatur von 120 °C getrocknet.
  • Zur Begutachtung der mechanischen Integrität des erfindungsgemäßen Materialverbundes wurden wiederholte Zyklen aus Quellen und Trocknen durchgeführt. Die modifizierten Membranen wurden hierzu in 20 Zyklen in 80 °C heißem Wasser befeuchtet und für 10 Minuten bei einer Ofentemperatur von 95 °C getrocknet. Die Begutachtung des Bruchverhaltens der verstärkten Membran erfolgte optisch, eine Zersplitterung der modifizierten Membran zeigte sich nicht.

Claims (15)

  1. Verstärkte Polymermembran, dadurch gekennzeichnet , dass die verstärkte Polymermembran wenigstens eine Polymerschicht, basierend auf wenigstens einem Polymer mit sauren Eigenschaften, und wenigstens eine Verstärkungsmaterialschicht mit basischen Eigenschaften umfasst, wobei wenigstens eine äußere Oberfläche der Polymerschicht wenigstens eine äußere Oberfläche der Verstärkungsmaterialschicht haftend kontaktiert, wobei die Haftung auf einer elektrostatischen Wechselwirkung beruht.
  2. Verstärkte Polymermembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial ein oxidisches Material umfasst, wobei das oxidische Material bevorzugt Zirkon, Silicium und/oder Titan enthält.
  3. Verstärkte Polymermembran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmaterialschicht bevorzugt anorganische Fasern oder Filamente, Vliese und/oder Gewebe umfasst.
  4. Verstärkte Polymermembran nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial mit einem Kupplungsreagenz, bevorzugt Silan, modifiziert ist, wobei dieses Kupplungs reagenz bevorzugt durch Kondensation auf das Verstärkungsmaterial aufgebracht ist.
  5. Verstärkte Polymermembran nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial mit einem basischen Silan der Formel (1) (RO)nSiBm (1) wobei: n, m ist gleich oder unabhängig voneinander 1, 2 oder 3; n + m ist 4; R ist eine Alkyl- oder Arylgruppe, bevorzugt eine Methylgruppe; B ist eine basische Gruppe, insbesondere eine Stickstoffverbindung, ausgewählt aus der Gruppe umfassend primäre, sekundäre oder tertiäre Amine, primäre, sekundäre oder tertiäre Amide, heterocyclische Stickstoffverbindungen, insbesondere 5-Ring- oder 6-Ring-Heterocyclen, z.B. Pyrazole, Imidazole, Triazole, Oxazole, Thiazole, Pyridine, Pryrimidine oder kondensierte stickstoffhaltige Ringsysteme; modifiziert ist.
  6. Verstärkte Polymermembran nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial bevorzugt mit einem basischen Silan-Kupplungsreagenz der Formel (2) (MeO)mSi[(CH2)lNH2]v (2) wobei: m 1, 2 oder 3 ist; l eine ganze Zahl zwischen 0 und 12 ist; Me eine Methylgruppe ist; v 1, 2 oder 3 ist; v + m 4 ist; modifiziert ist, wobei (MeO)3SiNH2 als Silan-Kupplungsreagenz besonders bevorzugt ist.
  7. Verstärkte Polymermembran nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkte Membran eine Polymerelektrolytmembran, bevorzugt eine Kationen-Rustauscher-Membran ist.
  8. Verstärkte Polymermembran nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Polymer mit sauren Eigenschaften umfassend Polymere, Copolymere und/oder Polymerblends, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polymethylmethacrylat, perfluorierte Polystyrole, Polytetrafluorethylen, Copolymerisate aus sulfoniertem Styroldivinylbenzol, sulfonierte Polyethersulfone, Polysulfone, Polyetheretherketone, Polyimide, Polybenzimidazole, Polyacetylene, Polypyrrole, Polythiophene, Polyaniline und/oder Polyphenylene ist.
  9. Verstärkte Polymermembran nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem Kupplungsreagenz modifizierte Verstärkungsmaterial der Polymermembran im Vergleich zu der entsprechend nicht-modifizierten Polymermembran eine höhere Anzahl von trocken-naß Zyklen bei 80 °C ohne Verlust der mechanischen Integrität und ohne Zerstörung des Verbundes zwischen der Polymerschicht und der Verstärkungsmaterialschicht übersteht.
  10. Verstärkte Polymermembran nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftung zwischen der Polymerschicht, basierend wenigstens auf einem Polymer mit sauren Eigenschaften und der Verstärkungsmaterialschicht mit basischen Eigenschaften, ausschließlich auf elektrostatischer Wechselwirkung beruht.
  11. Verfahren zur Verstärkung einer Polymermembran gekennzeichnet durch die folgenden Schritte, a) Modifizierung des Verstärkungsmaterials mit einem basischen Silan; b) Kontaktieren des modifizierten basischen Verstärkungsmaterials mit einem Polymer mit sauren Eigenschaften, wobei das Polymer mit sauren Eigenschaften über elektrostatische Wechselwirkung an das basisch modifizierte Verstärkungsmaterial bindet.
  12. Verwendung einer verstärkten Polymermembran nach einem der vorherigen Ansprüche als Polymer-Elektrolyt-Membran in einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle.
  13. Verwendung einer verstärkten Polymermembran nach einem der vorherigen Ansprüche als Polymer-Elektrolyt-Membran zur Gewinnung elektrochemisch erzeugter Energie.
  14. Verwendung einer verstärkten Polymermembran nach einem der vorherigen Ansprüche als Membran in Dialyse- und/oder Trennverfahren.
  15. Brennstoffzelle, insbesondere Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle wenigstens eine verstärkte Polymermembran nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1166860A2 (de) * 2000-06-27 2002-01-02 Creavis Gesellschaft für Technologie und Innovation mbH Polyelektrolytbeschichteter, stoffdurchlässiger Verbundwerkstoff, Verfahren zu dessen Herstellung und die Verwendung des Verbundwerkstoffes

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