DE102004017889A1 - Anorganisch modifizierte Polymerelektrolytmembran mit wenigstens zwei Schichten - Google Patents

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Abstract

Es wird eine anorganisch modifizierte PEM aus einem organischen Polymerelektrolyt-Material und einer darin verteilten anorganischen Phase vorgeschlagen, die wenigstens zwei Schichten aufweist, wobei die anodenseitigen Schichten einen höheren Gehalt an anorganischer Phase enthalten als die kathodenseitigen Schichten. Ferner wird eine Verwendung dieser PEM in elektrochemischen Zellen vorgeschlagen. Die PEM kann annähernd befeuchtungsfrei betrieben werden, weist eine verbesserte Leistung auf, verursacht im wesentlichen keine Leistungseinbrüche und hat ferner eine verbesserte Lebensdauer.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine anorganische Polymerelektrolytmembran mit wenigstens zwei Schichten, die einen unterschiedlichen Gehalt an einer anorganischen Phase aufweisen, sowie deren Verwendung in elektrochemischen Zellen, v.a. in Brennstoffzellen.
  • Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) haben ein großes Potenzial als umweltfreundliche Energiewandler. Brennstoffzellen wurden zwar schon seit den sechziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts in der Raumfahrt verwendet, rückten aber erst in letzter Zeit insbesondere als "grüne" Energieerzeuger ins Vorfeld der Kommerzialisierung. Dabei wurden Brennstoffzellen insbesondere für die Verwendung in Automobilen, in elektronischen Geräten und in stationären Kraftwerken untersucht.
  • Die Membranen derartiger PEMFC besitzen üblicherweise ein enges Temperaturfenster in dem sie stabil sind. Die obere Grenze wird im Allgemeinen von dem Befeuchtungs-Erfordernis diktiert, da eine ausreichend gute und gleichmäßige Befeuchtung mit Wasser für die meisten Membranen eine grundlegende Voraussetzung für die Fähigkeit Protonen zu leiten ist.
  • Verbesserungen in dieser Hinsicht wurden v.a. durch Verbundmembranen oder Kompositmembranen erreicht. Für die Herstellung derartiger Membranen gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine Möglichkeit besteht darin, in ein Polymerelektrolyt-Material feste Pulver bestimmter Verbindungen einzuarbeiten.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 47 551 A1 (GKSS-Forschungszentrum Geesthacht) ist z.B. eine anorganisch modifizierte Membran für elektrochemische Zellen bekannt, die aus einem protonenleitenden, sulfonierten Polymer und einer darin fein verteilten anorganischen Phase besteht.
  • Durch diesen Ansatz können die vorteilhaften Eigenschaften des einen Materials, z.B. der Protonenleitfähigkeit des sulfonierten Polymers, mit den vorteilhaften Eigenschaften des anderen Materials, z.B. der Fähigkeit der anorganischen Phase Wasser zu binden und zu verteilen, verknüpft werden. Derartige anorganisch modifizierte Verbundmembranen zeigen z.T. beachtlich gute Protonenleitfähigkeiten bei geringer Befeuchtung.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 43 244 A1 (DaimlerChrysler) ist ferner eine ionenleitfähige Polymermembran bekannt, die aus einem fluorierten Polymer wie z.B. Nafion besteht und einem darin eingelagertem und/oder mit dem Polymer chemisch verbundenem metallhaltigem Gel. Die Membran kann als PEM in Brennstoffzellen eingesetzt werden und weist u.a. gute mechanische (Festigkeit, Sprödigkeit) und den Wasserhaushalt betreffende Eigenschaften auf.
  • Derartige anorganisch modifizierte Membranen haben jedoch auch Nachteile. So werden beim Betreiben dieser Membranen in z.B. Brennstoffzellen häufig Leistungseinbrüche beobachtet, v.a. wenn die Membranen mit Si-haltigen anorganischen Verbindungen modifiziert sind. Bislang wurde dafür eine Si-Vergiftung der an die Membranen grenzenden Katalysator-Schichten verantwortlich gemacht (vgl. beispielsweise: B. Delmon, G. F. Froment (Eds.), „catalyst deactivation 1999" in Studies in Surface Science and Catalysis, Vol. 126, 1999, S. 469 ff.; C. H. Batholomew, G. A. Fuentes (Eds.), „catalyst deactivation 1997" in Studies in Surface Science and Catalysis, Vol. 111, 1997, 447 ff.). Bei neueren Untersuchungen wurde nun jedoch gefunden, dass weniger die Si-Vergiftung als vielmehr die Flutung der Katalysator-Schichten, d.h. die Verstopfung der Katalysator-Schichten mit flüssigem Wasser, in vielen Fällen die eigentliche Ursache für Leistungseinbrüche bei anorganisch modifizierten Membranen ist.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine anorganisch modifizierte Polymerelektrolytmembran bereitzustellen, die nahezu befeuchtungsfrei betrieben werden kann und dabei im wesentlichen keine Leistungseinbrüche verursacht.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, mögliche Verwendungen für eine derartige Polymerelektrolytmembran vorzuschlagen.
  • Die vorliegende Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, dass Mittel, die dazu bestimmt sind, eine ausreichende Befeuchtung einer PEM zu gewährleisten, eher auf der Anodenseite der PEM konzentriert sein sollten als auf der Kathodenseite, um die Flutung der Katalysator-Schichten zu verhindern, obwohl der nachteilige Effekt der Austrocknung durch ein Reaktionsstoff üblicherweise eher auf der Kathodenseite zu beobachten ist, und zwar v.a. in der Nähe des Eintritts des Oxidationsmittels (im Allgemeinen trockene oder nur teilbefeuchtete Luft).
  • Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend eine anorganisch modifizierte Polymerelektrolytmembran (PEM) aus einem organischen Polymerelektrolyt-Material und einer darin verteilten anorganischen Phase, wobei die PEM eine anodenseitige und eine davon abgewandte kathodenseitige, ebene Hauptoberfläche aufweist. Erfindungsgemäß weist die PEM wenigstens zwei, im wesentlichen parallel zu den Hauptoberflächen verlaufende Schichten auf, wobei die anodenseitigen Schichten einen höheren Gehalt an anorganischer Phase enthalten als die kathodenseitigen Schichten.
  • Anodenseitige Schichten sind solche Schichten, die räumlich näher an der Anode angeordnet sind als an der Kathode, während kathodenseitige Schichten räumlich näher an der Kathode angeordnet sind als an der Anode. Dabei ist der Gehalt einer Schicht an anorganischer Phase um so höher, je näher sie an der Anode angeordnet ist. Der Gehalt an anorganischer Phase nimmt also schichtweise von der Anode in Richtung auf die Kathode ab.
  • Als Polymerelektrolyt-Material kommt beispielsweise in Frage: Sulfonierte Polystyrole (PSS), Perfluorcarbonsulfonsäuren (z.B. Nafion (Fa. DuPont); Femion (Fa. Asahi Glass); Aciplex (Fa. Asahi Chemical); Neosepta-F (Fa. Tokuyama Soda)), sulfonierte Polysulfone, sulfonierte Polyethersulfone und Polyarylethersulfone, funktionalisierte Polyarylethersulfone, Polymere auf Basis von aromatischen Polyetherketonen (z.B. PEEK, PEK oder PEEKK), sulfonierte Polymere auf Basis von Trifluorstyrol (vgl. WO 97/25369, Ballard), sulfonierte Polyimide und dergleichen oder Kombinationen daraus.
  • Die anorganische Phase ist in dem vorstehend genannten Polymerelektrolyt-Material verteilt, d.h. dass sie partikulär vorliegt, vorzugsweise mit Partikelgrößen im Submikrometer-Bereich. Dabei sind die Partikel in einer Schicht wenigstens annähernd homogen verteilt. Die anorganische Phase bewirkt, dass vorhandenes Wasser, z.B. Produktwasser aus der elektrochemischen Reaktion (z.B. O2 + 2 H2 → 2 H2O + elektrische Energie + thermische Energie), in der Membran besser gehalten und verteilt wird.
  • Als Hauptoberflächen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die hinsichtlich des Flächeninhalts größten Oberflächen der PEM verstanden (vgl. 1).
  • Die erfindungsgemäße, anorganisch modifizierte PEM kann befeuchtungsfrei betrieben werden, d.h. ihre Protonenleitfähigkeit ist bei bestimmungsgemäßem Betrieb von der Befeuchtung der Reaktionsgase nahezu unabhängig. Dabei weist die erfindungsgemäße Membran eine verbesserte Leistung auf und verursacht im wesentlichen keine Leistungseinbrüche. Die erfindungsgemäße Membran hat ferner eine verbesserte Lebensdauer.
  • Der Gehalt an anorganischer Phase in den Schichten der erfindungsgemäßen Membran liegt vorzugsweise bei 1 bis 20 Gew.-%, insbesondere bei 2 bis 18 Gew.-% und insbesondere bei 3 bis 15 Gew.-%. Derartige Membranen weisen einerseits eine gute Leistung auf und andererseits eine gute mechanische Stabilität.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM weist die an die Kathode angrenzende Schicht der PEM im wesentlichen keine anorganische Phase auf. Dadurch wird besonders effektiv sicher gestellt, dass die auf der Kathodenseite befindliche Katalysator-Schicht nicht geflutet wird, da auf der Kathodenseite infolge der elektrochemischen Teilreaktion nach z.B. O2 + 4 H+ + 4 e– → 2 H2O große Mengen an Produktwasser entstehen und diese auf der Kathodenseite nicht durch die anorganische Phase gehalten und verteilt, sondern an den Reaktionsstoffstrom abgegeben werden sollen. Zugleich besteht auf der Kathodenseite nicht die Gefahr der Austrocknung, da durch die angrenzenden, anorganische Phase enthaltenden Schichten der PEM immer ausreichend Wasser zur Verfügung gestellt wird.
  • Eine weiter bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM weist nur eine anodenseitige Schicht auf und nur eine kathodenseitige Schicht. Eine derartige PEM kann befeuchtungsfrei und ohne Leistungseinbrüche betrieben werden und kann darüber hinaus, im Vergleich zu PEMs mit mehr als zwei Schichten, einfach hergestellt werden.
  • Die anorganische Phase kann vorteilhafterweise von Partikeln aus den Oxiden des Si, Ti, Zr, Al und/oder P gebildet sein, wobei die Oxide des Si bevorzugt sind. Diese Materialien besitzen hinsichtlich der Fähigkeit, Wasser unter den Bedingungen in einer PEMFC zu halten und zu verteilen besonders vorteilhafte Eigenschaften.
  • Geeignete Oxide sind beispielsweise Silicate, SiO2, Titanate, TiO2, Zirconate, ZrO2, aber auch Phosphate wie z.B. Na3PO4 und dergleichen oder Kombinationen daraus.
  • Geeignete Partikelgrößen liegen im Submikrometer-Bereich, vorzugsweise im Bereich 100 bis 900 nm und insbesondere im Bereich 300 bis 700 nm.
  • Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn die Oxid-Partikel wenigstens teilweise mit organischen und/oder metallorganischen Gruppen modifiziert sind. Darunter ist zu verstehen, dass wenigstens ein Teil der Oxid-Partikel wenigstens eine, vorzugsweise aber eine Vielzahl organischer und/oder metallorganischer Gruppen trägt, wobei auch Kombinationen unterschiedlicher organischer und/oder metallorganischer Gruppen in Frage kommen. Die Modifizierung der Oxid-Partikel mit organischen und/oder metallorganischen Gruppen hat den Vorteil, dass derartige Partikel besser und dauerhafter in das organische Polymerelektrolyt-Material eingebunden werden können. Das unerwünschte Austreten der Oxid-Partikel aus der PEM („Leaching"), beispielsweise unter den Betriebsbedingungen in einer Brennstoffzelle, könnte die Eigenschaften der PEM negativ beeinflussen oder die PEM sogar zerstören. Es könnte ferner eine Si-Vergiftung der Katalysator-Schichten verursachen. Das Leaching könnte dadurch die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle beeinträchtigen.
  • Dabei ist es noch weiter bevorzugt, wenn die Oxid-Partikel wenigstens eine basische organische und/oder metallorganische Gruppe tragen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine basische organische Gruppe der allgemeinen Formel I
    Figure 00070001
    wobei n = 0, 1, 2, 3 sein kann und
    R1 = -NR2R3R4 (R2, R3, R4 = -H und/oder -Alkyl) (wobei -NH2 bevorzugt ist), -H, -OR5 (R5 = -H oder -Alkyl) (wobei -OH bevorzugt ist) und dergleichen.
  • Dabei ist die basische organische Gruppe mit der Formel II
    Figure 00070002
    besonders bevorzugt.
  • Wie erwähnt kann es sich dabei auch um eine basische metallorganische Gruppe handeln. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Komplexe des Siliciums, des Titans und des Zirconiums. Die Komplexe weisen dabei vorzugsweise als Spacer wirkende, aliphatische oder aromatischen Liganden mit basischen Gruppen auf. Als basische Gruppen kommen vorzugsweise stickstoffhaltige alicyclische oder aromatische 5- oder 6-Ringe sowie deren kondensierte Derivate in Frage. So sind z.B. cyclische Amine wie Azole, Imidazole, Pyrazole, Pyridine, Pyrimidine, Chinoline und dergleichen geeignet.
  • Die o.g. organischen und metallorganischen Gruppen können beispielsweise in einem Sol-Gel-Prozess über ein entsprechendes Silan an die Oxid-Partikel angebunden werden. Dafür wird vorzugsweise ein Triethoxypropylaminosilan der Formel III eingesetzt
  • Figure 00080001
  • Die Modifizierung der Oxid-Partikel mit basischen organischen und/oder metallorganischen Gruppen hat den Vorteil, dass diese Gruppen mit den sauren Gruppen des organischen Polymerelektrolyt-Materials in Wechselwirkung treten können und die Oxid-Partikel dadurch noch dauerhafter in der PEM gebunden werden können. Dadurch kann noch effektiver verhindert werden, dass die Oxid-Partikel z.B. unter den Betriebsbedingungen in einer Brennstoffzelle aus der PEM ausgetragen werden („Leaching"), wodurch die PEM und/oder die Katalysator-Schichten beschädigt werden könnten und wodurch ferner die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle beeinträchtigt werden könnte.
  • Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der vorstehend offenbarten Polymerelektrolytmembran (PEM) in elektrochemischen Zellen, vorzugsweise in Brennstoffzellen und insbesondere in Membran-Elektroden-Anordnungen (MEAs) von Brennstoffzellen. Die Verwendung derartiger PEMs in elektrochemischen Zellen hat den Vorteil, dass diese Zellen mit hoher Leistung wenigstens annähernd befeuchtungsfrei mit guter Leistung betrieben werden können und dass eine nur geringe Gefahr eines Leistungseinbruchs durch Flutung und/oder Si-Vergiftung der Katalysator-Schichten der Zellen besteht.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM;
  • 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM;
  • 3 einen vergrößerter Schnitt durch eine MEA mit einer erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM;
  • 4 den zeitlichen Verlauf der Spannung bei einer mit einer erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM betriebenen MEA;
  • 5 die i-U-Kennlinie einer mit einer erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM betriebenen MEA.
  • 1 zeigt schematisch eine perspektivische Aufsicht auf eine erfindungsgemäße, anorganisch modifizierte Polymerelektrolytmembran (PEM) (1). Die Fig. verdeutlicht die flächige Ausdehnung der PEM, die eine anodenseitige Hauptoberfläche (2) und eine kathodenseitige Hauptoberfläche (3) aufweist. Die Dicken derartige PEM liegen im Bereich unter 50 μm. Der Kreis (4) kennzeichnet die Stelle, an der die PEM (1) in 2 stark vergrößert und im Schnitt dargestellt ist.
  • In 2 ist Ausschnitt (4) aus 1 stark vergrößert dargestellt. 2 verdeutlicht den schichtartigen Aufbau der PEM (1), in diesem Beispiel mit einer anodenseitigen Schicht (5) und einer kathodenseitigen Schicht (6). Die anodenseitige Schicht (5) weist anorganische Partikel (7) auf, die eine anorganische Phase bilden. Die anorganischen Partikel (7) können z.B. Silicatpartikel sein, die z.B. in einem Sol-Gel-Prozess aus einem Silan, z.B. Tetraethoxysilan (TEOS), entstanden sein können.
  • 3 zeigt, wie die erfindungsgemäße, anorganisch modifizierte PEM in einer Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet ist (vergrößerter Schnitt). Die PEM (1) mit einer anodenseitigen Schicht (5), die Partikel (7) einer anorganischen Phase enthält, und einer kathodenseitigen Schicht (6), die keine anorganischen Partikel enthält, ist zwischen zwei Gasdiffusionselektroden (GDE) angeordnet, einer Anode (8) und einer Kathode (9). Anode (8) und Kathode (9) weisen in diesem Beispiel jeweils eine Katalysator-Schicht (10, 11) auf, die an die PEM (1) angrenzt. Dabei grenzt die Anodenkatalysator- Schicht an eine Schicht (5) der PEM (1), die einen hohen Gehalt an anorganischer Phase (7) aufweist, während die Kathodenkatalysator-Schicht an eine Schicht (6) der PEM (1) angrenzt, die einen geringen (in diesem Fall keinen) Gehalt an anorganischer Phase (7) aufweist.
  • Während im Betrieb an der Anode (8) die Oxidation z.B. nach folgender Teilreaktionsgleichung abläuft H2 → 2 H+ + 2 e–, läuft an der Kathode (9) die Reduktion z.B. nach folgender Teilreaktionsgleichung ab O2 + 4 e– + 4 H+ → 2 H2O.
  • D.h. an der Kathode (9) entsteht im Betrieb Produktwasser, das bei PEM des Standes der Technik unter ungünstigen Umständen die Flutung der Kathode (9) bzw. ihrer Katalysator-Schicht (11) und damit einen Leistungseinbruch bewirken kann. Die erfindungsgemäße PEM (1) ist dagegen so ausgebildet, dass die Flutung der Kathode (9) bzw. ihrer Katalysator-Schicht (11) verhindert wird und die PEM (1) außerdem für die Protonenleitung ausreichend feucht gehalten wird, indem das Produktwasser über die anodenseitige Schicht (5) verteilt wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert.
  • Beispiel
  • Es wurde eine erfindungsgemäße, anorganisch modifizierte PEM mit zwei Schichten, einer silicathaltigen und einer im wesentlichen silicatfreien Schicht, hergestellt. Als PEM-Material wurde Nafion eingesetzt. Zuerst wurde eine erste Schicht aus im wesentlichen silicatfreiem Nafion hergestellt. Auf diese erste Schicht wurde eine zweite Schicht aus einem Gemisch aus Nafion, 5 Gew.-% Tetraethoxysilan (TEOS) und 0,5 Gew.-% Triethoxypropylaminosilan aufgetragen und Sol-Gelprozessiert, wobei Silicatpartikel entstanden. Die dabei erhaltene Membran war etwa 25 μm dick. Die Membran wurde dann nach einem an sich bekannten Verfahren in eine herkömmliche MEA eingebaut, wobei die silicathaltige Schicht der Anode zugewandt war. Die MEA wurde in einer Standard-Messzelle betrieben, wobei ein Dauerlauf-Versuch durchgeführt und eine i-U-Kennlinie aufgenommen wurde.
  • 1. Dauerlauf-Versuch
  • Die MEA mit der erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM wurde bei 84 °C über mehr als 500 Stunden mit unbefeuchteten Reaktionsgasen betrieben, wobei eine Stromdichte von 1 A·cm2 entnommen und die dabei anliegende Spannung gemessen wurde. Als Reaktionsgase wurden H2 und Luft bei Drücken zwischen 1,7 und 3 bara (vgl. 4) eingesetzt (Luft : H2 = 2,0 : 1,5).
  • Das Ergebnis des Dauerlauf-Versuchs ist in 4 dargestellt. Die Spannung sinkt zwar von anfänglich 0,65 V (bei 3 Betriebsstunden) auf 0,52 V (bei 360 bis 499 Betriebsstunden); dies stellt jedoch keinen Leistungseinbruch infolge von Flutung oder Si-Vergiftung dar, sondern ist auf den gleichsam abfallenden Druck der Reaktionsgase von anfänglich 3 bara auf 1,7 bara zurückzuführen. Ein Leistungseinbruch würde sich z.B. dadurch manifestieren, dass die Spannung selbst bei wieder zunehmendem Druck weiter stark absinken würde. Im vorliegenden Fall steigt jedoch die Spannung ab 501 Betriebsstunden mit steigendem Druck der Reaktionsgase wieder stark an, bis schließlich bei 506 Betriebsstunden und einem Druck von 3 bara nahezu die anfängliche Spannung messbar ist (0,63 V).
  • 4 zeigt, dass die messbare Spannung an der mit der erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM ausgestatteten MEA selbst nach über 500 Betriebsstunden ohne Befeuchtung der Reaktionsgase kaum abgesunken ist. Das belegt dass die erfindungsgemäße, anorganisch modifizierte PEM in einer MEA bzw. Brennstoffzelle befeuchtungsfrei und ohne Leistungseinbruch betrieben werden kann.
  • 2. i-U-Kennlinie
  • Von der o.g. MEA mit der erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM wurde eine i-U-Kennlinie aufgenommen (vgl. 5). Die Betriebsbedingungen waren:
    Luft : H2 = 2,0 : 1,5; Reaktionsgase unbefeuchtet; Zelltemperatur 84 °C; Druck 3 bara; Betriebszeit 3 h.
  • 5 verdeutlicht, dass die mit der erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM ausgestattete MEA trotz unbefeuchteter Reaktionsgase bei einer Stromdichte von 0 A·cm2 eine relativ hohe Spannung entwickelt, dass die Spannung bei zunehmender Stromdichte nur relativ schwach abfällt und ferner, dass die Spannung bei hohen Stromstärken nicht plötzlich einbricht. Dies zeigt die hinsichtlich der Leistung guten Eigenschaften der mit der erfindungsgemäßen, anorganisch modifizierten PEM ausgestatteten MEA und einmal mehr, dass die erfindungsgemäße, anorganisch modifizierte PEM in einer MEA bzw. Brennstoffzelle befeuchtungsfrei und ohne Leistungseinbruch betrieben werden kann.
    • 1
    erfindungsgemäße, anorganisch modifizierte PEM
    2
    anodenseitige Hauptoberfläche
    3
    kathodenseitige Hauptoberfläche
    4
    Ausschnitt
    5
    anodenseitige Schicht
    6
    kathodenseitige Schicht
    7
    Partikel der anorganischen Phase
    8
    Anode
    9
    Kathode
    10
    Anodenkatalysator-Schicht
    11
    Kathodenkatalysator-Schicht

Claims (8)

  1. Anorganisch modifizierte Polymerelektrolytmembran (PEM) aus einem organischen Polymerelektrolyt-Material und einer darin verteilten anorganischen Phase, wobei die PEM eine anodenseitige und eine davon abgewandte kathodenseitige, ebene Hauptoberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die PEM wenigstens zwei, im wesentlichen parallel zu den Hauptoberflächen verlaufende Schichten aufweist, wobei die anodenseitigen Schichten einen höheren Gehalt an anorganischer Phase enthalten als die kathodenseitigen Schichten.
  2. Anorganisch modifizierte PEM nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an anorganischer Phase in den Schichten 1 bis 20 Gew.-% beträgt, bevorzugt 2 bis 18 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 15 Gew.-%.
  3. Anorganisch modifizierte PEM nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Kathode angrenzende Schicht der PEM im wesentlichen keine anorganische Phase aufweist.
  4. Anorganisch modifizierte PEM nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die PEM eine anodenseitige Schicht und eine kathodenseitige Schicht aufweist.
  5. Anorganisch modifizierte PEM nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Phase von Partikeln aus den Oxiden des Si, Ti, Zr, Al und/oder P gebildet ist, bevorzugt aus den Oxiden des Si.
  6. Anorganisch modifizierte PEM nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxid-Partikel wenigstens teilweise mit organischen und/oder metallorganisch Gruppen modifiziert sind.
  7. Anorganisch modifizierte PEM nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxid-Partikel wenigstens eine basische organische und/oder metallorganische Gruppe tragen, bevorzugt eine basische organische Gruppe der allgemeinen Formel I
    Figure 00160001
    wobei n = 0, 1, 2, 3 sein kann und R1 = -NR2R3R4 (R2, R3, R4 = -H und/oder -Alkyl) (wobei -NH2 bevorzugt ist), -H, -OR5 (R5 = -H oder -Alkyl) (wobei -OH bevorzugt ist), besonders bevorzugt eine basische organische Gruppe mit der Formel II
    Figure 00170001
  8. Verwendung der Polymerelektrolytmembran (PEM) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in elektrochemischen Zellen, bevorzugt in Brennstoffzellen, besonders bevorzugt in Membran-Elektroden-Anordnungen (MEAs) von Brennstoffzellen.
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