DE102007060692A1 - Sulfonylgepfropfte Heterozyklusmaterialien für protonenleitende Elektrolyte - Google Patents
Sulfonylgepfropfte Heterozyklusmaterialien für protonenleitende Elektrolyte Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007060692A1 DE102007060692A1 DE102007060692A DE102007060692A DE102007060692A1 DE 102007060692 A1 DE102007060692 A1 DE 102007060692A1 DE 102007060692 A DE102007060692 A DE 102007060692A DE 102007060692 A DE102007060692 A DE 102007060692A DE 102007060692 A1 DE102007060692 A1 DE 102007060692A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- polymer
- proton conducting
- carbon atoms
- heterocyclic compound
- proton
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- VQMPTVQCADWACQ-UHFFFAOYSA-N CCC(C)(CC)N Chemical compound CCC(C)(CC)N VQMPTVQCADWACQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/103—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having nitrogen, e.g. sulfonated polybenzimidazoles [S-PBI], polybenzimidazoles with phosphoric acid, sulfonated polyamides [S-PA] or sulfonated polyphosphazenes [S-PPh]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
- C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
- C08G59/20—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the epoxy compounds used
- C08G59/22—Di-epoxy compounds
- C08G59/30—Di-epoxy compounds containing atoms other than carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/02—Macromolecular compounds containing only carbon atoms in the main chain of the macromolecule, e.g. polyxylylenes
- C08G61/10—Macromolecular compounds containing only carbon atoms in the main chain of the macromolecule, e.g. polyxylylenes only aromatic carbon atoms, e.g. polyphenylenes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
- C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
- C08G73/18—Polybenzimidazoles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/04—Polysiloxanes
- C08G77/22—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen
- C08G77/28—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen sulfur-containing groups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
- C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1023—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon, e.g. polyarylenes, polystyrenes or polybutadiene-styrenes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1037—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having silicon, e.g. sulfonated crosslinked polydimethylsiloxanes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Silicon Polymers (AREA)
- Polyethers (AREA)
- Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
- Epoxy Resins (AREA)
- Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft Heterozyklen enthaltende Verbindungen und Zusammensetzungen.
- Hintergrund der Erfindung
- Protonenelektrolytmembranen (PEMs) können in verschiedenen Vorrichtungen, einschließlich Brennstoffzellen, Reinigungs- und Reforming-Zellen, sowie anderen elektrochemischen Anwendungen eingesetzt werden.
- Es wurden verschiedene Materialien zur Verwendung als PEMs untersucht. Beispiele schließen Perfluorsulfonsäurepolymere sowie verschiedene Imidazolpolymere, einschließlich Polybenzimidazol-H3PO4, Polyvinazin-HPO4 sowie andere Materialien auf Basis von Imidazol ein. Imidazol ist ein aromatischer Heterozyklus mit zwei Stickstoffatomen in einem Ring. Imidazol leitet Protonen durch intramolekularen Protonentransfer oder Strukturdiffusion. Die elektrochemische Stabilität der Materialien auf Basis von Imidazolringen scheint jedoch für eine Anwendung in Brennstoffzellen ungeeignet zu sein.
- In PEM-Brennstoffzellen enthaltene Metalle, wie Platin oder andere Katalysatoren, besitzen die Fähigkeit, starke Bindungen mit dem in den Imidazolringen enthaltenen Stickstoff zu bilden, so dass der Katalysator vergiftet oder weniger aktiv wird. Daneben kann die Oxidation von Imidazol in dem Potentialbereich der Reduktion von Sauerstoff sowie die Oxidationsprodukte von Imidazol auf der Oberfläche eines Edelmetallkatalysators oder einer Edelmetallelektrode absorbiert werden, wodurch die Effizienz der Elektrodenoberfläche verringert wird.
- Auf dem vorliegenden Gebiet besteht daher der Bedarf nach einem protonenleitenden Polymer zur Verwendung in Brennstoffzellen, das eine hohe Protonenleitfähigkeit aufweist, dessen Effizienz jedoch bei verschiedenen Feuchtewerten und Temperaturen von über 100°C nicht variiert. Daneben besteht auf dem vorliegenden Gebiet der Bedarf nach einem protonenleitenden Polymer, das chemisch beständig und mit einem Edelmetallkatalysator im Umfeld einer Brennstoffzelle kompatibel ist.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Ein protonenleitendes Polymer schließt eine Polymerhauptkette und eine mit der Polymerhauptkette verknüpfte heterozyklische Verbindung ein. Die heterozyklische Verbindung umfasst eine an die heterozyklische Verbindung gebundene Sulfonylgruppe.
- Kurzbeschreibung der Figuren
-
1 ist eine Abbildung des Stroms von 2-Ethylsulfonylimidazol und Imidazol; -
2 ist eine Abbildung der Leitfähigkeit gegen die Temperatur für 2-Ethylsulfonylimidazol und Benzolsulfonsäure sowie für verschiedene Verhältnisse von Imidazol und Benzolsulfonsäure; -
3 ist eine Abbildung der Leitfähigkeit gegen die Temperatur eines linearen, anorganisch-organischen Hybridpolymers mit einem gepfropften Sulfonylimidazol. - Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
- Hierin beschriebene Polymere schließen lineare Polymere, Copolymere, Polymer-Vorläufer sowie anorganisch-organische Hybridpolymere und Verbundmaterialien ein und sind als Protonenaustauschmembrane (PEMs) einsetzbar.
- Der Begriff „Polymer", wie er in der ganzen Beschreibung verwendet wird, kann Polymere, Copolymere, sowie anorganische und organische Hybridpolymere bezeichnen. Daneben bezeichnet der Begriff „PEM" Protonenaustauschmembranen oder Polymerelektrolytmembranen, die als protonenleitende Materialien in verschiedenen elektrochemischen Anwendungen verwendet werden können.
- Ein protonenleitendes Polymer umfasst eine Polymerhauptkette und eine mit der Polymerhauptkette verknüpfte heterozyklische Verbindung. Die heterozyklische Verbindung schließt eine an die heterozyklische Verbindung gebundene Sulfonylgruppe ein. Die heterozyklische Verbindung kann eine mit dieser verknüpfte lineare organische Verbindung einschließen. Die lineare organische Verbindung kann 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisen. Daneben kann die heterozyklische Verbindung eine mit der Sulfonylgruppe verknüpfte lineare organische Verbindung mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen einschließen.
- In dem protonenleitenden Polymer können verschiedene heterozyklische Verbindungen, einschließlich 1,2,4-Triazol, 1,2,3-Triazol, 1H-Benzotriazol, Pyrimidin, Pyrazin, Purin, Imidazol, Pyrazol, Pyridin und Derivate desselben verwendet werden. Obwohl in der Erfindung verschiedene heterozyklische Verbindungen verwendet werden können, schließt ein bevorzugter Heterozyklus Imidazol ein. Die mit der heterozyklischen Verbindung verknüpfte Sulfonylgruppe besitzt einen stark elektronenziehenden Effekt und kann die elektrochemische Stabilität erhöhen und die Wechselwirkung zwischen den heterozyklischen Ringen und einem Edelmetallkatalysator in einer Brennstoffzelle verringern.
- Es können verschiedene Zusammensetzungen für die Polymerhauptkette, einschließlich Polyalken, Polyepoxy, Perfluoralken, Polysiloxan, Poly-p-phenylen, Polyphenylenoxid, Poly-p-phenylensulfon, Polyetheretherketon, Udel-Polysulfon und Polybenzimidazol, verwendet werden. Die Polymerhauptkette kann auch mit diesem verknüpfte Säuregruppen, wie H3PO4, H2SO4, CF3SO2NHSO2CF3, CF3SO3H, CH3SO3H und CF3PO3H2, einschließen. Es ist zu beachten, dass andere als die oben angegebenen Säuregruppen in die Polymerhauptkette eingebracht werden können. Die Polymerhauptkette kann auch sulfonierte oder phosphonierte Polymere oder Copolymere einschließen. Beispiele für sulfonierte oder phosphonierte Polymere oder Copolymere schließen Polystyrolsulfonsäure, sulfoniertes Polyetheretherketon, Perfluorsulfonsäure und sulfoniertes Polyphenylensulfid ein.
- Gemäß einem anderen Aspekt kann die Polymerhauptkette ein anorganisch-organisches Hybridpolymer sein. Beispielhafte anorganisch-organische Hybridpolymere können eine Siliziumfunktionalität aufweisen. In dem anorganisch-organischen Hybridpolymer können verschiedene Siliziumfunktionalitäten, einschließlich Silan und Siloxan, vorhanden sein. Daneben kann das anorganisch-organische Hybridpolymer eine mit diesem verknüpfte Säuregruppe einschließen. Die Säuregruppen können denjenigen ähneln, die oben in Bezug auf die Polymerhauptkette beschrieben sind, oder können andere bekannte Säuregruppen einschließen, die mit dem anorganisch-organischen Hybridpolymer kompatibel sind.
- Die Struktur des protonenleitenden Polymers kann in Zusammenhang mit der heterozyklischen Verbindung und der Sulfonylgruppe in Bezug auf die Polymerhauptkette variieren. Gemäß einem Aspekt kann das protonenleitende Polymer die Formel aufweisen, worin R3 die Polymerhauptkette darstellt, R2 eine lineare organische Gruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist und R1 Wasserstoff oder eine organische Gruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen. Wie aus der obigen Struktur zu sehen ist, kann die Polymerhauptkette über eine lineare organische Gruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen mit der Sulfonylgruppe verbunden sein. Die heterozyklische Gruppe, in diesem Fall ein Imidazol, ist an die Sulfonylgruppe gebunden und in Bezug auf die Sulfonylgruppe sterisch außen angeordnet.
- Das protonenleitende Polymer kann auch die Formel aufweisen, worin R3 die Polymerhauptkette darstellt, R2 eine lineare organische Gruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist und R4 eine lineare organische Gruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen. Wie bei der oben beschriebenen Formel ist diesmal eine Polymerhauptkette mit einer heterozyklischen Verbindung verbunden, wobei Imidazol gezeigt ist. Die heterozyklische Verbindung ist an die Sulfonylgruppe gebunden, die in Bezug auf die heterozyklische Verbindung sterisch außen angeordnet ist.
- Die Polymerhauptkette in den beiden obigen Formeln kann jede der vorher beschriebenen Polymerhauptketten sein, einschließlich jedes der beschriebenen Polymere und Copolymere, die mit Säuren verknüpft sind, oder anorganisch-organischen Hybridpolymerzusammensetzungen.
- Die protonenleitenden Polymere können als Elektrolytmembran in einer Brennstoffzelle verwendet werden. Die Elektrolytmembranen können zwischen einer Anode und einer Kathode einer Brennstoffzelle mit der aus den verschiedenen oben beschriebenen protonenleitenden Polymerzusammensetzungen gebildeten Protonentransfermembran angeordnet sein.
- Das protonenleitende Polymer kann durch verschiedene Mechanismen gebildet sein, die verschiedene Strukturen einschließen, wie sie oben beschrieben und in den folgenden Beispielen offenbart sind.
- Beispiel 1
- Elektrochemische Stabilität von 2-Ethylsulfonylimidazol
- Unter Bezugnahme auf
1 sind zyklische Voltammogramme für 2-Ethylsulfonylimidazol und Imidazol in mit Stickstoff gereinigter CH3CN-Lösung gezeigt. Die zyklischen voltametrischen Messungen wurden in einer Drei-Elektrodenzelle mit 0,1 mol·dm–3 CH3CN-Lösung von Tetrabutylammoniumhexafluorphosphat (TBAPF6) und 5 × 10–3 mol·dm–3 Imidazol oder 2-Ethylsulfonylimidazol unter Verwenden einer Platinarbeitselektrode und einer Platinhilfselektrode und einer Silber Ag/Ag+-Referenzelektrode mit 0,1 mol·dm–3 TBAPF6 enthaltendem 0,1 mol·dm–3 AgNO3-CH3CN durchgeführt. Wie aus der Figur zu sehen ist, erschien ein großes Oxidationsmaximum nahe 1,0 Volt in dem Voltammagramm für Imidazol. Es wurde gefunden, dass die Oxidationsprodukte von Imidazol auf der Oberfläche der Platinelektrode absorbiert wurden, wodurch die Oberfläche der Elektrode blockiert wurde. Dagegen waren keine Redoxmaxima für 2-Ethylsulfonylimidazol in einem breiteren Potentialbereich, 0 bis 1,8 Volt gegen die Referenzelektrode, beobachtbar. In einem Test mit 50 Zyklen trat keine Veränderung ein. Nach 50 Zyklen wurde Imidazol zu der Lösung mit 2-Ethylsulfonylimidazol gegeben und es erschien ein großes Oxidationsmaximum. Ein ähnliches Ergebnis wurde beobachtet, wenn die CH3CN-Lösungen mit O2 gereinigt wurden, was impliziert, dass 2-Ethylsulfonylimidazol eine verbesserte elektrochemische Stabilität unter den Bedingungen einer Brennstoffzelle aufweist. - Beispiel 2
- Mischung von 2-Ethylsulfonylimidazol und Benzolsulfonsäure
- 2-Ethylsulfonylimidazol wurde unter Verwenden des folgenden Verfahrens hergestellt. Zum Herstellen eines 2-Alkylthioimidazols wird ein 2-Mercaptoimadazol mit einem Alkylhalogenid in einer wässrigen alkalischen Lösung umgesetzt. Als nächstes wird das 2-Alkylthioimidazol unter Verwenden von typischen Oxidationsmitteln oxidiert, um das 2-Alkylimidazol zu ergeben.
- 2-Ethylsulfonylimidazol und Benzolsulfonsäure wurden in Methanol gelöst und 10 Minuten lang gerührt. Dann wurde das Lösungsmittel unter Vakuum entfernt und die resultierende Mischung in einem Glasrohr versiegelt und die Leitfähigkeit derselben unter Verwenden einer aus zwei Platinstücken hergestellten Standardelektrode gemessen. Die Messungen wurden auch an verschiedenen Mischungen von Imidazol bezogen auf Benzolsulfonsäure durchgeführt. Die Ergebnisse der Messungen sind in
2 gezeigt, die eine Abbildung der Leitfähigkeit der verschiedenen Materialien als Funktion der Temperatur zeigt. Wie aus der Figur zu sehen ist, zeigt die Mischung aus Ethylsulfonylimidazol und Benzolsulfonsäure ein mehr lineares Leitfähigkeitsverhalten über den variierenden Temperaturbereich als die verschiedenen Imidazolmischungen. - Beispiel 3
- Anorganisch-organische Hybridpolymere mit einem gepfropften Sulfonylimidazol
- Die Bildung eines anorganisch-organischen Hybridpolymers kann durch die folgende Reaktion dargestellt werden.
- Wie aus der obigen Reaktion zu sehen ist, wurde eine Mischung aus 2-Mercaptoimidazol, EthOK und einem Material auf Basis von Methylethylsiloxan 24 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt und dann wurde der Vorläufer II mittels Filtration durch eine mit Ethylacetat eluierte Silikatgel-Säulenchromatographie abgetrennt. Als nächstes wurde der Vorläufer II durch Peroxid3-chlorperoxybenzoesäure mit 20% Wasser in Ethanol oxidiert und das Produkt mit Ether präzipitiert. Das resultierende Produkt wurde 48 Stunden lang bei 75°C erwärmt, um ein bei Raumtemperatur festes Polymer zu erhalten, das oberhalb von 75°C weich wird. Die Protonenleitfähigkeit des Polymers ist in
3 als Funktion der Temperatur abgebildet. Die Leitfähigkeit wurde unter Verwenden einer ähnlichen Messvorrichtung wie der oben beschriebenen gemessen. Wie aus der Abbildung zu sehen ist, zeigt die Leitfähigkeit einen linearen Zusammenhang mit der Temperatur, der demjenigen der vorher angegebenen Abbildungen ähnelt. - Die Erfindung wurde auf veranschaulichende Weise beschrieben. Es ist zu verstehen, dass die verwendete Terminologie eher als Beschreibung denn als Einschränkung gedacht ist. In Anbetracht der obigen Lehren sind viele Modifikationen und Variationen der Erfindung möglich. Innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche kann die Erfindung daher anders als besonders beschrieben wurde, ausgeführt werden.
Claims (20)
- Protonenleitendes Polymer, umfassend: eine Polymerhauptkette; und eine mit der Polymerhauptkette verknüpfte heterozyklische Verbindung, wobei die heterozyklische Verbindung eine an die heterozyklische Verbindung gebundene Sulfonylgruppe aufweist.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 1, wobei die heterozyklische Verbindung eine an diese gebundene lineare organische Verbindung einschließt und die lineare organische Verbindung 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweist.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 1, wobei die heterozyklische Verbindung eine an die Sulfonylgruppe gebundene lineare organische Verbindung einschließt und die lineare organische Verbindung 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweist.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 1, wobei die heterozyklische Verbindung 1,2,4-Triazol, 1,2,3-Triazol, 1H-Benzotriazol, Pyrimidin, Pyrazin, Purin, Imidazol, Pyrazol, Pyridin und Derivate desselben umfasst.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 1, wobei die Polymerhauptkette Polyalken, Polyepoxy, Perfluoralkenpolymere, Polysiloxan, Poly-p-phenylen, Polyphenylenoxid, Poly-p-phenylensulfon, Polyetheretherketon, Udel-Polysulfon und Polybenzimidazol umfasst.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 5, wobei die Polymerhauptkette eine an diese gebundene Säuregruppe einschließt.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 6, wobei die Säuregruppen H3PO4, H2SO4, CF3SO2NHSO2CF3, CF3SO3H, CH3SO3H und CF3PO3H2 umfassen.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 1, wobei die Polymerhauptkette sulfonierte oder phosphonierte Polymere oder Copolymere einschließt.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 8, wobei die sulfonierten oder phosphonierten Polymere oder Copolymere Polystyrolsulfonsäure, sulfoniertes Polyetheretherketon, Perfluorsulfonsäure und sulfoniertes Polyphenylensulfid umfassen.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 1, wobei die Polymerhauptkette ein anorganisches-organisches Hybridpolymer umfasst.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 10, wobei das anorganisch-organische Hybridpolymer eine Verbindung mit einer Siliziumfunktionalität umfasst.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 11, wobei die Siliziumfunktionalität Silan- und Siloxanfunktionalitäten umfasst.
- Protonenleitendes Polymer nach Anspruch 10, wobei das anorganisch-organische Hybridpolymer eine an diese gebundene Säuregruppe einschließt.
- Elektrolytmembran, umfassend: ein Polymer, das eine heterozyklische Verbindung mit einer an die heterozyklische Verbindung gebundenen Sulfonylgruppe einschließt.
- Elektrolytmembran nach Anspruch 16, wobei das Polymer eine Polymerhauptkette und eine an die Polymerhauptkette gebundene heterozyklische Verbindung einschließt und die heterozyklische Verbindung eine an die heterozyklische Verbindung gebundene Sulfonylgruppe aufweist.
- Brennstoffzelle, umfassend: eine Anode; eine von der Anode getrennte Kathode; eine Protonentransfermembran, die zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist, wobei die Protonentransfermembran aus einem Polymer gebildet ist, das eine heterozyklische Verbindung mit einer an die heterozyklische Verbindung gebundenen Sulfonylgruppe einschließt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/614,198 US7964651B2 (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Sulfonyl grafted heterocycle materials for proton conducting electrolytes |
US11/614,198 | 2006-12-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007060692A1 true DE102007060692A1 (de) | 2008-09-11 |
DE102007060692B4 DE102007060692B4 (de) | 2021-05-27 |
Family
ID=39543318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007060692.5A Expired - Fee Related DE102007060692B4 (de) | 2006-12-21 | 2007-12-17 | Sulfonylgepfropfte Heterozyklusmaterialien für protonenleitende Elektrolyte |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7964651B2 (de) |
JP (1) | JP5650403B2 (de) |
CN (1) | CN101230113B (de) |
DE (1) | DE102007060692B4 (de) |
WO (1) | WO2008091475A1 (de) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8519074B2 (en) * | 2010-01-15 | 2013-08-27 | The University of Massachusettes | Comb polymers for supramolecular nanoconfinement |
JP2014009190A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Shikoku Chem Corp | イミダゾールシラン化合物、合成方法及びその利用 |
CN103467991A (zh) * | 2013-09-23 | 2013-12-25 | 上海大学 | 双草酸硼酸盐离子液体掺杂磺化聚苯硫醚质子交换膜材料及其制备方法 |
CN107033350B (zh) * | 2017-03-31 | 2019-07-23 | 上海大学 | 质子交换膜用膦酸和1,2,3-三唑功能化聚醚砜及其制备方法 |
CN115873150A (zh) * | 2021-09-27 | 2023-03-31 | 山东东岳未来氢能材料股份有限公司 | 一类带有吡啶侧基的全氟离子聚合物及其合成方法与应用 |
CN115850538A (zh) * | 2021-09-27 | 2023-03-28 | 山东东岳未来氢能材料股份有限公司 | 一类带有联吡啶侧基的全氟离子聚合物及合成方法与应用 |
CN115873154A (zh) * | 2021-09-27 | 2023-03-31 | 山东东岳未来氢能材料股份有限公司 | 带有三联吡啶侧基的全氟离子聚合物及合成方法与应用 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3574593A (en) * | 1967-07-21 | 1971-04-13 | American Cyanamid Co | Herbicidal method using substituted alkylsulfonylimidazoles |
EP0532408A1 (de) * | 1991-09-13 | 1993-03-17 | Saint-Gobain Vitrage International | Protonenleitendes Polymer und seine Verwendung als Elektrolyt in elektrochemischen Verbindungen |
US5525436A (en) * | 1994-11-01 | 1996-06-11 | Case Western Reserve University | Proton conducting polymers used as membranes |
US5827602A (en) * | 1995-06-30 | 1998-10-27 | Covalent Associates Incorporated | Hydrophobic ionic liquids |
US6248469B1 (en) * | 1997-08-29 | 2001-06-19 | Foster-Miller, Inc. | Composite solid polymer electrolyte membranes |
US6310110B1 (en) * | 1999-07-30 | 2001-10-30 | Michael A. Markowitz | Molecularly-imprinted material made by template-directed synthesis |
DE10017654A1 (de) * | 2000-04-08 | 2001-10-18 | Degussa | Organosiliciumverbindungen |
WO2002062749A1 (fr) * | 2001-02-01 | 2002-08-15 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Monomere d'ether perfluorovinylique ayant un groupe sulfonamide |
US20040122256A1 (en) * | 2001-02-01 | 2004-06-24 | Masanori Ikeda | Perfluorvinyl ether monomer having sulfonamide group |
DE10163518A1 (de) * | 2001-12-21 | 2003-07-10 | Fraunhofer Ges Forschung | Protonenleitfähige Membranen/Schichten und Verfahren zu deren Herstellung |
US6987163B2 (en) * | 2002-08-07 | 2006-01-17 | Research Foundation Of The State University Of New York | Modified polybenzimidazole (PBI) membranes for enhanced polymer electrochemical cells |
US6878475B2 (en) * | 2002-11-22 | 2005-04-12 | T/J Technologies, Inc. | Membrane for fuel cell, and fuel cell incorporating that membrane |
DE112004000920B8 (de) | 2003-05-28 | 2019-05-29 | Toyota Technical Center Usa, Inc. | Protonenleitende Membran enthaltend ein Copolymerisationsprodukt aus mindestens einem ersten Silan und einem zweiten Silan und deren Verwendung, sowie Silanverbindung und Verfahren zu deren Herstellung |
JP3904083B2 (ja) * | 2003-07-10 | 2007-04-11 | 株式会社豊田中央研究所 | 高分子電解質組成物 |
JP3896105B2 (ja) * | 2003-08-28 | 2007-03-22 | 株式会社東芝 | 燃料電池用電解質膜、及び燃料電池 |
US7576165B2 (en) * | 2004-01-27 | 2009-08-18 | Georgia Institute Of Technology | Heterocycle grafted monomers and related polymers and hybrid inorganic-organic polymer membranes |
-
2006
- 2006-12-21 US US11/614,198 patent/US7964651B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-12-17 DE DE102007060692.5A patent/DE102007060692B4/de not_active Expired - Fee Related
- 2007-12-21 CN CN2007101800856A patent/CN101230113B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-12-28 JP JP2009543293A patent/JP5650403B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2007-12-28 WO PCT/US2007/089056 patent/WO2008091475A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011507979A (ja) | 2011-03-10 |
DE102007060692B4 (de) | 2021-05-27 |
CN101230113B (zh) | 2013-05-22 |
JP5650403B2 (ja) | 2015-01-07 |
US20080152985A1 (en) | 2008-06-26 |
CN101230113A (zh) | 2008-07-30 |
US7964651B2 (en) | 2011-06-21 |
WO2008091475A1 (en) | 2008-07-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69930474T2 (de) | Festpolymerelektrolyte | |
DE102007060692B4 (de) | Sulfonylgepfropfte Heterozyklusmaterialien für protonenleitende Elektrolyte | |
Tricoli | Proton and methanol transport in poly (perfluorosulfonate) membranes containing Cs+ and H+ cations | |
EP1954747B1 (de) | Polymerelektrolytmembran mit koordinationspolymer | |
EP1373379B1 (de) | Verfahren zur herstellung einer membran aus verbrücktem polymer und brennstoffzelle | |
DE102006051431B4 (de) | Sulfonierte Perfluorcyclobutan Polyelektrolytmembranen für Brennstoffzellen | |
DE102010003835B4 (de) | Polysufon-basiertes Polymer, Polymer-Elektrolyt-Membran, die das Polymer aufweist, Membran-Elektroden-Anordnung, die die Membran aufweist, Brennstoffzelle, die die Membran aufweist, sowie Verfahren zum Herstellen des Polymers | |
DE112004000920B4 (de) | Protonenleitende Membran enthaltend ein Copolymerisationsprodukt aus mindestens einem ersten Silan und einem zweiten Silan und deren Verwendung, sowie Silanverbindung und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE10296599B4 (de) | Polymerelektrolytbrennstoffzelle | |
EP2260533A1 (de) | Ionische flüssigkeit enthaltende katalysatortinte und deren verwendung in elektroden-, ccm-, gde- und mea-herstellung | |
DE69608702T2 (de) | Membranen aus sulfoniertem polyphenylenoxid (s-ppo) und polymerblends mit polyvinylidenfluorid (pvdf) zum einsatz als polymerelektrolyt in elektrochemischen zellen | |
DE102004012197A1 (de) | Protonenleitendes Material, protonenleitende Membran und Brennstoffzelle | |
DE602004009603T2 (de) | Monomerverbindung, graft-copolymerverbindung, verfahren zu deren herstellung, polymerelektrolytmembran und kraftstoffzelle | |
DE602004013279T2 (de) | Saure triphosphate vierwertiger metalle | |
DE112009001659T5 (de) | Anionen-leitendes Elektrolytharz und Verfahren, dieses herzustellen | |
DE112009000971T5 (de) | Brennstoffzellen-Elektrolytmembran | |
DE60129187T2 (de) | Kompositelektrolyt mit Schutzmembran, Herstellungsverfahren dafür und Brennstoffzelle mit einem solchen Elektrolyt | |
DE102005057644A1 (de) | Funktionalisierte Polyazole, Phosphonsäuregruppen aufweisende Polyazole, Polymembranen sowie Verfahren zur Herstellung | |
DE112004002716B4 (de) | Festelektrolyt und Brennstoffzelle | |
DE69129501T2 (de) | Katalytische metallenthaltende gasdiffusionselektrode mit hohem wirkungsgrad, herstellungsverfahren und zelle mit dieser elektrode | |
DE102004023586A1 (de) | Protonenleitfähiges, vernetztes Heteropolysiloxan, protonenleitfähige Membran und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE112012001309T5 (de) | Protonenleitende Polymermembran, Membranelektodenanordnung unter Verwendung derselben und Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle | |
DE112012001070T5 (de) | Protonenleitfähige Elektrolyte mit quervernetzten Copolymer-Additiven für die Verwendung in Brennstoffzellen | |
DE102009001137A1 (de) | Polymerelektrolytmembran für Brennstoffzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
WO2012052945A1 (de) | Polyazol enthaltendes katalysatorträgermaterial, elektrochemischer katalysator und die herstellung einer gasdiffusionselektrode und einer membranelektrodeneinheit daraus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20141126 |
|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B01D0071820000 Ipc: C08G0077280000 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA, TOYOTA-SHI, JP Free format text: FORMER OWNERS: GEORGIA TECH RESEARCH CORP., ATLANTA, GA., US; TOYOTA MOTOR ENGINEERING & MANUFACTURING NORTH AMERICA, INC., ERLANGER, KY., US Owner name: TOYOTA MOTOR ENGINEERING & MANUFACTURING NORTH, US Free format text: FORMER OWNERS: GEORGIA TECH RESEARCH CORP., ATLANTA, GA., US; TOYOTA MOTOR ENGINEERING & MANUFACTURING NORTH AMERICA, INC., ERLANGER, KY., US Owner name: GEORGIA TECH RESEARCH CORP., ATLANTA, US Free format text: FORMER OWNERS: GEORGIA TECH RESEARCH CORP., ATLANTA, GA., US; TOYOTA MOTOR ENGINEERING & MANUFACTURING NORTH AMERICA, INC., ERLANGER, KY., US |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: KUHNEN & WACKER PATENT- UND RECHTSANWALTSBUERO, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA, TOYOTA-SHI, JP Free format text: FORMER OWNERS: GEORGIA TECH RESEARCH CORP., ATLANTA, GA., US; TOYOTA MOTOR ENGINEERING & MANUFACTURING NORTH AMERICA, INC., PLANO, TEX., US Owner name: GEORGIA TECH RESEARCH CORP., ATLANTA, US Free format text: FORMER OWNERS: GEORGIA TECH RESEARCH CORP., ATLANTA, GA., US; TOYOTA MOTOR ENGINEERING & MANUFACTURING NORTH AMERICA, INC., PLANO, TEX., US |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |