Verbundvorhaben Beyond-PFSA: Fluor-freie Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) für PEM-Brennstoffzellen; Teilvorhaben: Beyond-PFSA-FUMA: Entwicklung von Monomeren, Polymeren, Membranen und Ionomerlösungen

Abstract

Die Fumatech befasste sich in dem Projekt Beyond PFSA mit der Herstellung von Monomeren und Polymeren (AP 1.1 und AP 1.2) basierend auf hochmolekularen und hochsulfonierten Polysulfonen. Ziel dabei war es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zu entwickeln für die Sulfonierung der Monomere und Synthetisierung der Polymere. Eine weitere Aufgabe war die Entwicklung einer Ionomerdispersion (AP 1.3) auf Basis von Polysulfonen basierten Ionomere für die MEA-Herstellung. Ziel war die Formulierungen von Rezepturen von Ionomerlösungen für die Membranherstellung als auch die Bereitstellung einer geeigneten Dispersion für die Projektpartner zur Elektrodenherstellung.In AP2 lag der Schwerpunkt der Arbeit von der FUMATECH mit der Entwicklung und Fertigung der Membranen. Ziel war es eine dünne verstärkte Membran für die Brennstoffzelle zu entwickeln und herzustellen. Die Membran sollte bezüglich Kosten, Leistung und Stabilität eine zukünftige Alternative zu herkömmlichen PFSA-Membranen darstellen. Als technische wichtigsten Ergebnisse des Projekts sind zu nennen: (1) Herstellung von Monomer in ausreichenden Mengen für Projektpartner und Polymersynthese (2) Herstellung einer Ionomerdispersion für die Elektrodenherstellung (3) Optimierung der Lösungsherstellung für stabile Polymerlösung auch für die Membrancastinganlage (4) Herstellung mechanisch stabiler Membranen basiert auf sulfonierten Polysulfonen mit reduzierter Wasseraufnahme (5) Optimierung der Casting-Bedingung zum Verbessern der erhaltenen elektrochemischen wie mechanischen Eigenschaften der Membranen (6) Übertragung der Membranproduktion auf den Pilot-Maßstab (Aufskalierung) und Herstellung der Membran unter massentauglichen, produktionstechnischen Bedingungen (kontinuierliche Produktion auf Rolle) Als wissenschaftlich erfolgreichste Ergebnisse des Projekts ist die Identifizierung einer Strategie zur Verringerung der Wasseraufnahme über den µ-Block-Ansatz des XXL-Polymers im Zusammenspiel mit einer adäquaten Imprägnierung einer dünnen PE-Verstärkung zu nennen: (1) Reduzierung der Quellung der Membranen auf 26 λ bei 80°C in Wasser