Entwicklung neuartiger Verbundsysteme für PEM-Brennstoffzellen-Dichtungen

Abstract

Der Anspruch an Polymere als Dichtungsmaterial für PEM-Brennstoffzellen ist hoch. Hierfür werden noch immer polyolefinische Polymere und Silikone untersucht. Da keine Fremdmoleküle vom Dichtungsmaterial in die Brennstoffzelle diffundieren sollen ist die Medienbeständigkeit hierbei eine relevante Größe. Additionsvernetzende Polymere haben gegenüber anderen Vernetzungsarten, wie Schwefelvernetzung oder Peroxidvernetzung starke Vorteile, da bei der Vernetzungsreaktion keine Nebenprodukte entstehen. Der Nachteil der Silikone als ein Vertreter der additionsvernetzenden Systeme ist, dass das Silikon-Gerüst durch das meist saure Milieu der PEM-Brennstoffzelle angegriffen und zerstört wird. Somit haben die Polyolefine durch ihre Hydrolysebeständigkeit den Vorteil in der späteren Anwendung und die Silikone durch ihren sauberen Herstellungsprozess. In dieser Ausarbeitung konnte ein neues hydridmodifiziertes Polymer (EPM-g-VTMDS) entwickelt werden. Dabei wurde eine Rezeptur- und Prozesse-Optimierung durch statistische Versuchsplanung (DoE) im Batch und kontinuierlichen Prozess (Konti-Prozess) genutzt. Durch das Vorgehen mit DoE konnten komplexe Zusammenhänge, wie Wechselwirkungen und nichtlineare Effekte, der Pfropfungsreaktion im Batch- und Konti-Prozess geklärt werden. Beim Konti-Prozess wurde das neue Polymer erstmalig mittels reaktiver Extrusion erfolgreich hergestellt. Die spektroskopische Inline-Überwachung des Konti-Prozesses mit Verwendung von multivariater Datenanalyse (MVA) ermöglichte hierbei, dass erstmalig eine Methode für die Inline-Bestimmung des Pfropfungsgrades verwirklicht werden konnte. Das neue Polymer wurde erfolgreich über eine Hydrosilylierung additionsvernetzt und dessen Vernetzungseigenschaften, wie die Abhängigkeit der Vernetzungszeit zur Molalität, bestimmt. Das neu entwickelte hydridmodifizierte Polymer schafft neue Möglichkeiten, um bestehende Systeme zu verbessern und neue Systeme zu entwickeln. So kann es im Brennstoffzellenbereich durch seine Hydrophobie beständig gegen wässrige Medien sein und durch seine Hydrid-Komponente sauber additionsvernetzen ohne Nebenprodukte. Auch in der Medizintechnik kann durch die Additionsvernetzung des neuen hydridmodifizierten Polymers in bekannte Silikonimplantate neue Möglichkeiten geschaffen werden.