Untersuchungen zur Plasmapolymerisation und zur Methanol-Diffusion ionenleitender Polymerelektrolytmembranen

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In jüngerer Zeit hat die Polymerelektrolytmembran (PEM)-Brennstoffzelle eine rasante Entwicklung erfahren. Für eine breite Markteinführung muss der Membranpreis jedoch drastisch gesenkt werden. Bei der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) führt die Methanol-Permeation durch die Membran zu Leistungsbußen, weshalb Membranen mit geringer Methanoldurchlässigkeit und hoher Protonenleitfähigkeit erforderlich sind. Ziel der Arbeit war die Herstellung protonenleitender Membranen durch Plasmapolymerisationsverfahren und die Überprüfung ihrer Eignung als Methanolbarriere. Die Membranen wurden als dünne Filme direkt aus der Gasphase abgeschieden, indem ein PTFE-Target mit einem Ionenstrahl zerstäubt wurde. Dabei verbinden sich freigesetzte Sekundärteilchen mit Schwefeldioxid und repolymerisieren als Film auf einem Substrat. Massenspektrometrische Untersuchungen zeigten, dass Schwefeldioxid im Plasma reduziert wird und nicht die gewünschte Oxidation zur Sulfonsäuregruppe erfährt. Sechswertige Schwefel-Sauerstoff-Verbindungen wurden vorgelegt und die Polymerisation unter schonenden Bedingungen durchgeführt. Die besten ionischen Leitfähigkeiten (>10 hoch minus 4 S/cm) zeigten Membranen, die mit Chlorsulfonsäure plasmapolymerisiert wurden. Diese Plasmapolymere eignen sich in dünnen Schichten auf Nafion als wirksame Methanolbarriere und reduzieren den diffusen Methanoltransport im Vergleich zum Protonentransport. Solche Verbund-Membranen so