Synthese, Charakterisierung und Degradation ionisch vernetzter Blendmembranen für den Brennstoffzellen-Einsatz

Abstract

Hier sollen die relevanten Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst werden. Diese stellen wichtige Resultate für die Polymersynthese mittels Polykondensation, das Verhalten und die Kriterien für die Eignung von Polymeren für Blends, deren Degradationsverhalten, ihre BZ-Leistung und die Eignung von verschiedenen Analysetechniken zur Polymer- und Membrancharakterisierung bereit. Speziell bei der Polykondensation von Arylpolymeren können sehr viel höhere Molekularmassen erzielt werden als bisher. Es zeigte sich, dass die unterschiedlichen Molekularmassen einen starken Einfluss auf die Topografie, Morphologie und darüber auf die BZ-Leistung der Blends ausüben. Es wurde ebenfalls gezeigt, dass die GPC eine gute Methode darstellt, um Degradationsvorgänge in der Membran zu detektieren und zu charakterisieren. Zudem kann die GPC als ein wichtiges Instrument zur Qualitätssicherung betrachtet werden. Die hier gewonnenen Daten zeigen, dass man die theoretische Betrachtung von Degradationsmechanismen und deren Auswirkung auf die MWD auch in die Praxis übertragen kann. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, wie die Degradation der Membranen mit der Molekularmasse zusammenhängt und die Molekularmasse sich auf die Topographie, Morphologie und darüber auf die Brennstoffzellenleistung und Stabilität auswirkt. Zudem konnten als wichtige Analysemethoden die GPC- und AFM-Technik implementiert werden, um zum einen das Degradationsverhalten zu untersuchen und zum anderen ein tieferes Verständnis für die mikroskopischen Zusammenhänge von Morphologie und Brennstoffzellenleistung zu gewinnen.

The results in this work provide relevant aspects for polymer synthesis via polycondensation reactions, the behavior and suitability of polymers in blend membranes, their degradation behavior, fuel cell performance and the suitability of different analyzing techniques for characterization. One of the results of this work, especially for polycondensation reactions of arylpolymers, is that it is possible to obtain much higher molecular weights than reported in the state-of-the-art. It has been found that the different molecular weights have a strong impact on the topography, morphology and therefore on the fuel cell performance of the blend membranes. This work shows that GPC is an appropriate method to characterize and investigate degradation processes in blend membranes. Additionally, the GPC method could be an important method for quality assurance. The results point out that the theoretical influence of degradation mechanisms on the MWD is also detectable in the experimental data of the GPC measurements. In addition, it could be proven that the degradation of the membranes is dependent on the molecular mass, and that the molecular mass has a significant effect on the topography, morphology and therefore influences the fuel cell performance and stability. The GPC and AFM techniques were implemented as an important analysis method to study the degradation properties of the polymers and to get a deeper understanding for the dependence between microscopic effects of morphology for fuel cell performance.