Charakterisierung von Befeuchterflachmembranen für die PEM-Brennstoffzelle
In einer neuen Arbeit werden Untersuchungen von zwei Trägermaterialien für Befeuchtermembranen und daraus durch Beschichten mit Polyvinylalkohol hergestellten Befeuchtermembranen vorgestellt.
Die Charakterisierung erfolgt durch Messung der Foliendicke, der Gaspermeabilität für Stickstoff vor und nach thermischer Belastung und durch Ermittlung der Wassertransferrate der hergestellten Befeuchtermembranen.
Durch die Beschichtung mit einem Polyvinylalkohol wird die Gasdurchlässigkeit bei beiden Trägermaterialien drastisch verringert. Beim Trägermaterial aus Polyethylen liegen dann die gemessenen Permeabilitäten alle innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte, beim Trägermaterial aus Polypropylen liegen die gemessenen Permeabilitäten alle unterhalb des geforderten minimalen Grenzwertes.
Trägermaterial Polypropylen zeigt deutlich höhere mechanische und thermische Stabilität
Das Trägermaterial Polyethylen ist vor allem aufgrund der geringen thermischen Stabilität und auch der geringen mechanischen Stabilität nicht für die angestrebte Befeuchter-Membran geeignet. Das Trägermaterial Polypropylen zeigt eine deutlich höhere mechanische und thermische Stabilität und weist eine um 95 % geringere Gasdurchlässigkeit als das Trägermaterial Polyethylen auf. Bei Polypropylen nimmt die Gasdurchlässigkeit nach thermischer Einwirkung sowohl vor dem Beschichten als auch nach dem Beschichten weiter ab.
Die Wassertransferrate durch die beschichteten Membranen auf Basis von Polypropylen, nach Vernetzung und Nachbehandlung, nimmt mit steigender Temperatur zu. Ein Zusammenhang zwischen der Permeabilität bzw. den Wassertransferraten und den bestimmten Schichtdicken lässt sich nicht herstellen, da sich mittels REM unrealistische Werte für die Schichtdicken der hergestellten Membranen ergeben.
Die Arbeit wurde verfasst von Teresa Marbach als Bachelor-Arbeit an der Hochschule Esslingen.