DE102004055129A1 - Polymer-Elektrolyt-Membran für eine Brennstoffzelle sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polymer-Elektrolyt-Membran für eine Brennstoffzelle auf Basis eines Flüssigelektrolyt (14) enthaltenden Polymers (13), wobei der Flüssigelektrolyt mindestens eine Phosphonsäure enthält. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Polymer-Elektrolyt-Membran für Brennstoffzellen auf Basis eines Flüssigelektrolyt (14) enthaltenden Polymers (13), bei dem der Elektrolyt durch nachträgliche Imprägnierung einer Polymerfolie in die Membran eingebracht wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polymer-Elektrolyt-Membran für eine Brennstoffzelle auf Basis eines Flüssigelektrolyt enthaltenden Polymers sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Polymer-Elektrolyt-Membran. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Brennstoffzelle, umfassend eine Polymer-Elektrolyt-Membran der vorgenannten Art.
  • Während des Betriebes einer Polymer-Elektrolyt-Membran-(PEM) Brennstoffzelle wird ein Sauerstoff enthaltendes Gas der Kathode und ein wasserstoffhaltiges Gas der Anode zugeführt. An der Anode findet die elektrochemische Oxidation des Wasserstoffs statt, an der Kathode die Reduktion des Sauerstoffs. Durch die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie unter Umgehung der Carnot Limitierung kann in Brennstoffzellen ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden.
  • Die zur Zeit am weitesten entwickelte PEM-Brennstoffzellentechnologie basiert auf Nafion ®-Membranen als Elektrolyt. Die elektrolytische Leitung findet dabei über hydratisierte Protonen statt, wodurch die Protonenleitfähigkeit der Membran an das Vorhandensein von flüssigem Wasser gekoppelt ist. Dies limitiert die Betriebstemperatur bei Normaldruck auf unter 100°C. Bei Temperaturen, die höher als 80–95°C sind verschlechtert sich die Leistung aufgrund des Flüssigkeitsverlustes deutlich. Zur Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit der Membran oberhalb von 100°C sind aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Dampfdrucks von Wasser sehr große Wassermengen zur Befeuchtung der Membran nötig. In Systemen mit einem Druck größer als Normaldruck, kann die Temperatur zu Lasten der Effizienz, der Größe und des Gewichtes des Gesamtsystems erhöht werden. Für einen Betrieb deutlich über 100°C würde der benötigte Druck drastisch ansteigen.
  • Betriebstemperaturen größer 100°C sind aus den verschiedensten Gründen erstrebenswert:
    Die Elektrokinetik, wie auch die katalytische Aktivität für beide Elektroden wird mit zunehmender Temperatur gesteigert. Außerdem ist die Toleranz gegenüber Verunreinigungen der eingesetzten Betriebsgase, wie zum Beispiel Kohlenmonoxid (CO) höher. Für den Einsatz in einem Fahrzeug ist eine möglichst hohe Temperatur in der Brennstoffzelle und damit eine große Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur für die Abführung der Abwärme vorteilhaft.
  • Beispiele für Brennstoffzellen, die mit keiner, beziehungsweise mit sehr geringer zusätzlicher Befeuchtung bei Betriebstemperaturen von 120 bis 180°C arbeiten sind unter anderem in den Patenten WO 096/13872, US 5525436 , US 5716727 , US 6025085 , US 5599639 , WO 099/04445, EP 0 983 134 B1 , WO 01/18894 A, EP 954 544 A1 und WO 01/18894 A2 beschrieben. Die Leitfähigkeit der hier eingesetzten Brennstoffzellenmembranen basiert auf dem Gehalt an flüssiger durch elektrostatische Komplexbindung an das Polymergerüst gebundener Mineralsäure, die auch bei vollständiger Trockenheit der Membran (oberhalb des Siedepunktes von Wasser) ohne zusätzliche Befeuchtung der Betriebsgase die Protonenleitfähigkeit übernimmt. Der hier beschriebene Brennstoffzellentyp wird allgemein als Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran (HTM) Brennstoffzelle bezeichnet.
  • In der Literatur sind Brennstoffzellen mit speziellen Protonenaustauschermembranen beschrieben, die durch Imprägnierung eines temperaturbeständigen basischen Polymers mit einer Säure gebildet werden. Bevorzugt werden dabei Verbindungen aus der Gruppe der Polyazole beziehungsweise Polyphosphazene eingesetzt, beispielsweise Polybenzimidazole, Poly(pyridine), Poly(pyrimidine), Polyimidazole, Polybenzthiazole, Polybenzoxazole, Polyoxadiazole, Polychinoxaline, Polythiadiazole, Poly(tetrazapyrene), Polyimidazole, Polyvinylpyridine, Polyvinylimidazole. Häufig wird ein Polybenzimidazol Polymer (PBI) eingesetzt.
  • Die DE 102 35 358 A1 beschreibt eine protonenleitende Polymermembran und deren Anwendung in Brennstoffzellen. Die protonenleitende Polymerelektrolytmembran besteht hier aus speziellen Polymeren, die Phosphonsäuregruppen enthalten, wobei an die Phosphonsäuregruppen entweder unmittelbar oder über Alkyl- oder Arylreste Vinylgruppen gebunden sind.
  • Die DE 102 46 459 A1 beschreibt eine protonenleitende Polymermembran umfassend Phosphonsäuregruppen enthaltende Polyazole, die erhältlich sind aus aromatischen oder heteroaromatischen Tetra-Amino-Verbindungen mit einer oder mehreren aromatischen und/oder heteroaromatischen Carbonsäuren, wobei ein Teil der Tetra-Amino-Verbindungen und/oder der Carbonsäuren mindestens eine Phosphonsäuregruppe umfasst.
  • Die DE 101 48 131 A1 beschreibt eine protonenleitfähige Membran für elektrochemische Anwendungen, insbesondere für Brennstoffzellen, wobei die Membran aus einem Polymer auf Basis eines aromatische Ringe aufweisenden Basispolymers besteht und das Polymer Phosphonsäuregruppen aufweist, die kovalent, direkt und somit ohne eine Spacergruppe an die aromatischen Ringe des Basispolymers gebunden sind. Zusätzlich sind Sulfonsäuregruppen an das Polymer gebunden. Als Basispolymer kommt insbesondere ein Polymer aus der Klasse der Polysulfone in Betracht.
  • Die DE 101 48 132 A1 beschreibt eine ionenleitende Membran für elektrochemische Anwendungen auf Basis eines aromatischen Polyimid- oder Copolyimid-Polymers, welches ebenfalls Phosphonsäuregruppen enthalten kann.
  • Als Elektrolyt für eine Brennstoffzelle kommen neben Feststoffen wie zum Beispiel den aus dem zuvor zitierten Stand der Technik bekannten Polymerelektrolytmembranen auch Flüssigkeiten in Betracht. Für die Imprägnierung mit Flüssigelektrolyt eignet sich prinzipiell eine Vielzahl von Säuren wie zum Beispiel Schwefelsäure, Trifluoressigsäure, Methansulfonsäure, Essigsäure, Ameisensäure, Salpetersäure sowie deren Mischungen. Bekannt ist auch das Dotieren mit Heteropolysäuren, deren Derivaten und Mischungen, Hexafluorglutarsäure (HFGA), Squarsäure (SA) oder Basen, zum Beispiel KOH, NaOH, LiOH.
  • Der Einsatz derartiger Membranen in Brennstoffzellen erfordert eine spezielle Anpassung kommerzieller Elektroden an die Membran. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass die Elektroden auf der zur Membran hinweisenden Seite mit Elektrolyt getränkt werden, der dann die Anbindung an die Membran ermöglicht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass eine durch Heißpressen erhaltene Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) als Ganzes in Säure zur Imprägnierung eingelegt wird.
  • Kritisch wirkt sich bei diesem Membrantyp ein Absenken der Betriebstemperatur unter den Siedepunkt von Wasser aus, wie es etwa beim Start der Brennstoffzelle oder beim Herunterfahren des Systems nötig ist. Der in Wasser lösliche Elektrolyt kann durch das flüssige Produktwasser der Zelle gelöst und ausgetragen werden. Dadurch kommt es zu irreversiblen Schädigungen der Membran, da anschließend nicht mehr genügend Ladungsträger für den Protonentransport zur Verfügung stehen.
  • Die bisherigen auf diesem Membrantyp basierenden Zellen müssen daher bis zum Erreichen der Betriebstemperatur (zum Beispiel 130° C) stromlos gehalten werden, um einen Elektrolytaustrag zu verhindern. Eine Leistungsanforderung darf bei diesem Zelltyp erst erfolgen, wenn Temperaturen erreicht sind, bei denen sichergestellt ist, dass das in Folge der Reaktion entstehende Wasser dampfförmig anfällt. Um die mechanische Belastung der Bauteile, insbesondere der empfindlichen Elektrolytmembran, gering zu halten, muss hierfür eine Zeit von etwa 30 Minuten angesetzt werden, bevor das System betriebsbereit ist.
  • Um derartige, aufgrund ihrer erhöhten Betriebstemperatur und geringem Feuchtebedarf ideale Protonenleiter für mobile Anwendungen einsetzbar zu machen, ist es von entscheidender Bedeutung, dass man Wege findet, die Gefahr eines Elektrolytaustrags einzuschränken und so bereits bei Temperaturen unterhalb des Siedepunkts von Wasser Leistung von der Zelle ziehen zu können. Vorzugsweise sollte der Säureaustrag durch eine entsprechende Membranmodifikation auf weniger als etwa 10 % einer entsprechenden unbehandelten Membran herabgesetzt werden, ohne dass die Leitfähigkeit der Membran bei identischem Befeuchtungsgrad wesentlich, das heißt beispielsweise um mehr als 5 %, herabgesetzt wird.
    •
  • Ausgehend von dem zuvor genannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Polymer-Elektrolyt-Membran für eine Brennstoffzelle auf Basis eines Flüssigelektrolyt enthaltenden Polymers zur Verfügung zu stellen, bei der der Elektrolyt eine hohe Anbindungstendenz an das Polymer aufweist, wobei gleichzeitig eine hohe Protonenleitfähigkeit gegeben ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Polymer-Elektrolyt-Membran für eine Brennstoffzelle der vorgenannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen eines der Patentansprüche 1, 5 oder 6.
  • Gemäß einer ersten Lösungsvariante enthält der Flüssigelektrolyt mindestens eine Phosphonsäure. Phosphonsäuren sind im Prinzip organische Phosphorsäuren, bei denen wenigstens ein organischer Rest unmittelbar mit dem Phophoratom verbunden ist. Durch eine solche Phosphonsäure kann die bisher als Flüssigelektrolyt verwendete Phosphorsäure ersetzt werden. Dadurch kann die Anbindungstendenz an das Polymer erhöht werden bei gleicher beziehungsweise höherer Protonenleitfähigkeit. Als Flüssigelektrolyt kommen dabei vorzugsweise Alkylphosphonsäuren oder Arylphosphonsäuren in Betracht, wobei fluorierte Alkylphosphonsäuren oder fluorierte Arylphosphonsäuren besonders bevorzugt sind. Geeignet ist z. B. Phenylphosphorsäure.
  • Gemäß einer alternativen Lösungsvariante enthält der Flüssigelektrolyt wenigstens einen Phosphorsäureester, eine Sulfonsäure oder ein fluoriertes Derivat einer dieser Verbindungen. Es kommen beispielsweise Toluolsulfonsäure, Methansulfonsäure oder deren fluorierte Derivate in Betracht.
  • Gemäß einer alternativen Lösungsvariante enthält der Flüssigelektrolyt mindestens eine Substanz aus der Gruppe der flüssigen Salze (ionische Flüssigkeiten). Diese Lösungsvariante ist Gegenstand des Patentanspruchs 5.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung ist vorgesehen, dass der Flüssigelektrolyt so gewählt ist, dass der Säureaustrag bei Extraktion in flüssigem Wasser gegenüber einer vergleichbaren, mit Phosphorsäure behandelten Membran um mindestens etwa 50 % herabgesetzt ist, vorzugsweise um mindestens etwa 70 %, weiter vorzugsweise um bis zu etwa 90 % herabgesetzt ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist außerdem der Flüssigelektrolyt so gewählt, dass die erzielte Leitfähigkeit mindestens etwa 70 % einer mit Phosphorsäure behandelten Membran beträgt, vorzugsweise ist natürlich anzustreben, dass die Leitfähigkeit in vergleichbarer Größenordnung liegt oder sogar höher ist als bei einer mit Phosphorsäure behandelten Membran. Vorzugsweise beträgt weiterhin bei einer erfindungsgemäßen Polymer-Elektrolyt-Membran der Grad der Säureimprägnierung mindestens zwei Säuremoleküle pro Polymerwiederholungseinheit.
  • Insbesondere wird der Flüssigelektrolyt so gewählt, dass seine Leitfähigkeit im angestrebten Arbeitstemperaturbereich (–20–130°C) eine deutlich geringere Abhängigkeit von der Temperatur aufweist als Phosphorsäure.
  • Gemäß einer bevorzugten Abwandlung der Erfindung ist der neuartige Flüssigelektrolyt nur im Bereich der Elektrode vorgesehen, in Kombination mit einer Phosporsäure-imprägnierten Membran.
  • Charakteristisch für die hier beschriebene Brennstoffzellenmembran ist, dass der enthaltene Flüssigelektrolyt oberhalb des Siedepunktes von Wasser die Aufgabe des Protonentransports übernehmen kann. Demnach ist Protonenleitfähigkeit auch bei Temperaturen gewährleistet, bei denen kein flüssiges Wasser mehr zur Verfügung steht. Bei basischen Polymeren wie bei dem für derartige Protonenleiter hauptsächlich verwendeten Polybenzimidazol erfolgte der Protonentransport über drei mögliche Mechanismen, die je nach Feuchtegehalt in der Membran in unterschiedlichem Ausmaß zur Gesamtleitfähigkeit beitragen. Dies ist:
    • 1. die Übertragung PBI-Säure-PBI;
    • 2. die Übertragung Säure-Säure;
    • 3. die Übertragung Säure-Wasser-Säure.
  • Der Elektrolytaustrag wird durch Einsatz des erfindungsgemäßen Elektrolyten gegenüber entsprechenden mit beispielsweise Phosphorsäure behandelten Membranen herabgesetzt, ohne dass die Leitfähigkeit der Membran im Vergleich zu einer Phosphorsäure behandelten Membran im entsprechenden Temperaturbereich herabgesetzt wird, so dass ein Betrieb mit unbefeuchteten Gasen erzielt werden kann. Der Elektrolytaustrag kann wesentlich herabgesetzt werden, beispielsweise auf weniger als 10 % im Vergleich zu einer mit Phosphorsäure behandelten Membran.
  • Durch den Ersatz der Phosphorsäure durch einen sterisch anspruchsvolleren Flüssigelektrolyten versucht man auch eine geringere Kathodenüberspannung zu erzielen.
  • Die Leitfähigkeit von mit Phosphorsäure imprägnierten Polymeren ist stark temperaturabhängig. Die Leitfähigkeit dieser Membranen bei 60° beträgt beispielsweise weniger als ein Drittel der Leitfähigkeit, die bei zum Beispiel 160°C beobachtet wird. Durch den Einsatz neuartiger Elektrolytmaterialien im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine geringere Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Temperatur erzielt werden, so dass über den gesamten Einsatztemperaturbereich eine gleichmäßige Brennstoffzellenleistung erwartet werden kann.
  • Der für die erfindungsgemäße Polymerelektrolytmembran verwendete Flüssigelektrolyt weist insbesondere die nachfolgend genannten Vorteile auf. Er hat eine Siedetemperatur oberhalb der maximal angestrebten Betriebstemperatur und eine Zersetzungstemperatur deutlich oberhalb der angestrebten Betriebstemperatur, eine hohe Säurestärke, eine Leitfähigkeit vergleichbar oder höher als die herkömmlicher Weise eingesetzte Phosphorsäure, eine geringere Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit im gesamten Einsatztemperaturbereich und eine hohe Anbindungstendenz an das die Membran bildende Polymer sowie bevorzugt einen Schmelzpunkt unterhalb von –20°C.
  • Da für die Funktion einer Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) einer Brennstoffzelle das Vorhandensein von Flüssigelektrolyt im Bereich der Dreiphasengrenze von besonderer Bedeutung ist, verdient die Anpassung der Elektrode an die Membran besondere Aufmerksamkeit. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher weiterhin eine Membran-Elektroden-Anordnung, bei der neben der Membran die Elektrode ebenfalls Flüssigelektrolyt enthält, wobei der in der Elektrode eingesetzte Flüssigelektrolyt von dem in der Membran verwendeten abweichen kann. Der Elektrolyt kann durch nachträgliche Imprägnierung einer Polymerfolie in die Membran eingebracht werden.
  • Die Einbringung des Elektrolyten in die Membran erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Maßnahme besteht darin, dass die Einbringung des Elektrolyten in die Membran durch Ultraschall beschleunigt wird. Die Einbringung des Elektrolyten in die Membran kann vorzugsweise auch durch ein Zonenschmelzverfahren beschleunigt werden.
  • Die Einbringung des Elektrolyten in Elektrode oder Membran kann durch Verdünnung des Elektrolyten mit einem organischen Lösungsmittel, z. B. Ethanol, Isopropanol beschleunigt werden, welches anschließend wieder verdampft wird. Der Siedepunkt des Lösungsmittels muss dabei deutlich unter dem des verwendeten Elektrolyten bzw. seines Zersetzungspunktes liegen.
  • Gemäß einer alternativen erfindungsgemäßen Verfahrensvariante wird der Flüssigelektrolyt vor der Membranziehung in die Ziehlösung eingebracht. Eine andere mögliche Methode besteht darin, dass ein Polymergranulat vor dem Lösungsvorgang mit dem Flüssigelektrolyt imprägniert wird. Der Grad der Einbringung des Elektrolyten in die Membran kann durch Verdünnung des Elektrolyten mit einem die Membran quellenden Lösungsmittel erhöht werden.
  • Bei der Elektrode kann es sich um eine Standardelektrode handeln, wie sie beispielsweise von den Firmen ETEK, Umicore oder Johnson Matthey angeboten wird. Es kann aber auch eine speziell auf den Membrantyp angepasste Elektrode verwendet werden, die einen geeigneten Anteil des Polymerelektrolyten bereits als Binder enthält. Besser handelt es sich um eine speziell auf den Membrantyp angepasste Elektrode, die etwa in einem Siebdruckverfahren hergestellt worden ist.
  • Die Einbringung des Elektrolyten in die Elektrode geschieht bevorzugt im Vakuum, insbesondere durch einen mehrfachen Belüftung-/Entlüftungszyklus, bei dem verbleibende Luftreste innerhalb der Elektrode graduell durch Flüssigelektrolyten ausgetauscht werden. Eine mögliche Alternative ist beispielsweise die Aufbringung des Elektrolyten auf die äußere Elektrodenoberfläche durch Bestreichen zum Beispiel mit einem Pinsel oder durch Besprühen beispielsweise über ein Airbrushsystem.
  • Möglich ist auch die Beladung der Elektrode über eine Filternutsche, wobei der Elektrolyt von oben auf die von unten evakuierte Membran aufgebracht wird. Auch hier kann durch Einsatz eines mit organischen Lösungsmitteln verdünnten Elektrolyten, bzw. durch eine Wechselbehandlung organisches Lösungsmittel-Elektrolyt eine höhere Beladung erreicht werden, insbesondere wenn die Elektrode wasserabweisende Materialien, etwa PTFE als Binder enthält. Der Grad der Imprägnierung wird über die Gewichtszunahme der Membran/Elektrode verfolgt. Für eine ausreichende Leitfähigkeit eines derartigen Systems werden vorzugsweise Belastungen von mindestens 10 Elektrolytmoleküle pro Polymerwiederholungseinheit gefordert.
  • Nach der Benetzung mit dem Flüssigelektrolyt kann die Elektrode vorzugsweise in einem Heißpressverfahren auf die Membran aufgebracht werden.
  • Für die Herstellung der Membran kann man von einem basischen Polymeren z. B. der vorgenannten Art ausgehen oder einem mikroporösen Polymersystem (z. B. poröses PTFE), welches mit Flüssigelektrolyt getränkt werden kann und dadurch zu einem gasundurchlässigen protonenleitenden Polymersystem wird. Anstelle der in Anspruch 1 bis 6 genannten können auch ganz andere Elektrolytsysteme verwendet werden.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine nach einem Verfahren der vorgenannten Art hergestellte Polymer-Elektrolyt-Membran. Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Brennstoffzelle, die mindestens eine Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran der zuvor beschriebenen Art umfasst. Zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle wird diese in der Regel mit Gasen beaufschlagt und mit dem elektrischen Verbraucher verbunden. Dabei werden die Betriebsgase ab einer Stromstärke von etwa 0,2 A/cm2 stöchiometrisch der jeweiligen Stromanforderung nachgeführt.
    •
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
  • 1 eine schematisch stark vereinfachte Skizze einer erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle.
  • Die in 1 dargestellte Membran-Elektroden-Anordnung, die in der Zeichnung stark schematisch vereinfacht dargestellt ist, ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Anordnung umfasst die beiden Elektroden 11, 12 und das zwischen diesen Elektroden angeordnete Membranpolymer 13. Das Membranpolymer 13 enthält den Flüssigelektrolyten 14, der beispielsweise vor der Membranziehung in die Ziehlösung eingebracht werden kann. Der Flüssigelektrolyt 14 kann beispielsweise auch durch nachträgliche Imprägnierung einer Polymerfolie in die Membran eingebracht werden, wobei die Einbringung des Flüssigelektrolyten 14 in die Membran 13 durch geeignete Temperaturen, beispielsweise durch Beaufschlagen mit Ultraschall oder durch ein Zonenschmelzverfahren beschleunigt wird. Man kann auch von einem Polymergranulat ausgehen, welches vor dem Lösungsvorgang mit dem Flüssigelektrolyten 14 imprägniert wird, oder es kann das Rohmaterial bereits bei der Polymersynthese mit einem geeigneten Elektrolyten versetzt werden.
    • 10
    Membran-Elektroden-Anordnung
    11, 12
    Elektroden
    13
    Membranpolymer
    14
    Flüssigelektrolyt

Claims (20)

  1. Polymer-Elektrolyt-Membran für eine Brennstoffzelle auf Basis eines Flüssigelektrolyt enthaltenden Polymers, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt mindestens eine Phosphonsäure enthält.
  2. Polymer-Elektrolyt-Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt mindestens eine Alkylphosphonsäure enthält.
  3. Polymer-Elektrolyt-Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt mindestens eine Arylphosphonsäure enthält.
  4. Polymer-Elektrolyt-Membran nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt mindestens eine fluorierte Alkylphosphonsäure oder eine fluorierte Arylphosphonsäure enthält.
  5. Polymer-Elektrolyt-Membran nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt mindestens einen gegebenenfalls fluorierten Phosphorsäureester enthält.
  6. Polymer-Elektrolyt-Membran nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt mindestens eine Substanz aus der Gruppe der flüssigen Salze (ionische Flüssigkeiten) enthält.
  7. Polymer-Elektrolyt-Membran nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt so gewählt ist, dass der Säureaustrag aus der Membran durch flüssiges Wasser gegenüber einer vergleichbaren, mit Phosphorsäure behandelten Membran um mindestens etwa 50 % herabgesetzt ist.
  8. Polymer-Elektrolyt-Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt so gewählt ist, dass die erzielte Leitfähigkeit mindestens etwa 70 % einer mit Phosphorsäure behandelten Membran beträgt.
  9. Polymer-Elektrolyt-Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Säureimprägnierung mindestens zwei Säuremoleküle pro Polymerwiederholungseinheit beträgt.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Polymer-Elektrolyt-Membran für Brennstoffzellen auf Basis eines Flüssigelektrolyt enthaltenden Polymers, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt durch nachträgliche Imprägnierung einer Polymerfolie in die Membran eingebracht wird.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Polymer-Elektrolyt-Membran für Brennstoffzellen auf Basis eines Flüssigelektrolyt enthaltendes Polymers, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt durch Anwendung hoher Drücke in die Membran eingebracht wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur in die Membran eingebracht wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt durch Anwendung eines Evakuierungs/Spülzyklus in die Membran eingebracht wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt durch nachträgliche Imprägnierung einer Polymerfolie in die Membran eingebracht wird und die Einbringung des Elektrolyten in die Membran durch Ultraschall beschleunigt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung des Elektrolyten in die Membran durch ein Zonenschmelzverfahren beschleunigt wird.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Polymer-Elektrolyt-Membran für Brennstoffzellen auf Basis eines Flüssigelektrolyt enthaltenden Polymers, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigelektrolyt vor der Membranziehung in die Ziehlösung eingebracht wird.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Polymer-Elektrolyt-Membran für Brennstoffzellen auf Basis eines Flüssigelektrolyt enthaltenden Polymers, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polymergranulat vor dem Lösungsvorgang mit dem Flüssigelektrolyt imprägniert wird.
  18. Verfahren nach einem der der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Einbringung des Elektrolyten in die Membran durch Verdünnung des Elektrolyten mit einem die Membran quellenden Lösungsmittel erhöht wird.
  19. Polymer-Elektrolyt-Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 18 hergestellt wurde.
  20. Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 19 umfasst.
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