Neuer Artikel im Journal of Materials Chemistry A über quervernetzte Protonenaustauschmembranen für DIFCs veröffentlicht
Quervernetzte Protonenaustauschmembranen mit stark reduziertem Brennstoff-Crossover und erhöhter chemischen Stabilität für Direkt-Isopropanol-Brennstoffzellen
Isopropanol-Brennstoffzellen bieten eine attraktive Möglichkeit, elektrische Energie aus einem flüssigen, leicht lagerbaren Brennstoff zu gewinnen. In einer Brennstoffzelle wird das Isopropanol in Aceton, ohne signifikante Mengen an CO2 freizusetzen, umgewandelt. Um den Speicherkreislauf zu schließen, kann Aceton selbst wieder zu Isopropanol hydriert werden, wodurch die anspruchsvolle Handhabung von flüchtigem molekularem Wasserstoff zur Speicherung elektrischer Energie vermieden wird.
Bisher werden für Direkt-Isopropanol-Brennstoffzellen (DIFC) in der Regel verschiedene Perfluorsulfonsäure-Derivate wie Nafion verwendet, welche sowohl hohe Materialkosten als auch einen bedenklich hohen Fluorgehalt aufweisen. Bisher verhindert die Auflösung von Nafion-basierten Membranen und Elektroden in Isopropanol-Lösungen den Langzeitbetrieb von DIFCs. Außerdem verursacht das Anschwellen der Membranen während des Betriebs einen effizienzreduzierenden Brennstoffübertritt durch die Membran.
Isopropanol-stabile Membranen wurden durch ionische Vernetzung von Polymermischungen und eine neue kovalente Vernetzungsstrategie für fluoraromatische Polymere hergestellt. Im Vergleich zu kommerziellen Nafion-Membranen widersteht die hergestellte vernetzte Membran einem Auflösungsstresstest mit bis zu 84 gewichts-% und reduziert den gemessenen Isopropanol/Aceton-Übertritt um bis zu 75/100 % während des Brennstoffzellenbetriebs. Eine ionische Vernetzung der Membran erhöhte die maximale Leistungsdichte im DIFC-Betrieb um 10 % im Vergleich zu Nafion.
Folglich stellen die vorgestellten Membranen und das Vernetzungsverfahren einen bedeutenden Schritt zur technischen Umsetzung der Isopropanol-Brennstoffzellentechnologie dar.
Zum vollständigen Artikel:
Sebastian Auffarth, Willibald Dafinger, Julia Mehler, Valeria Ardizzon, Patrick Preuster, Peter Wasserscheid, Simon Thiele, Jochen Kerres
Cross-linked proton-exchange membranes with strongly reduced fuel crossover and increased chemical stability for direct-isopropanol fuel cells
https://doi.org/10.1039/D2TA03832C
(veröffentlicht am 09. August 2022)
Kontakt
Dr. rer. nat. Jochen Kerres
Team Leader, Membrane Polymer Synthesis
Raum 3008
