DE102011013840A1 - Aus löslichen Perfluorcyclobutanpolymeren mit Sulfonylchloridgruppen abgeleitete Polyelektrolytmembranen - Google Patents

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Timothy J. Fuller
Sean M. MacKinnon
Michael R. Schoeneweiss
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Abstract

Ein Verfahren zur Bildung einer Ionomermembran umfasst einen Schritt des Umsetzens eines ersten Polymers in Chlorsulfonsäure unter Bildung eines ersten Präzipitats, wobei das erste Präzipitat ein Polymer umfasst, das eine Polymereinheit beinhaltet, an das mindestens ein -SO2Cl-Rest angehängt ist, und umfasst einen Schritt des Lösens des ersten Präzipitats in einem polaren aprotischen Lösungsmittel unter Bildung der ersten Lösung. Aus der ersten Lösung wird anschließend eine Polymermembran gebildet, so dass die Membran die Polymereinheit beinhaltet, die mindestens einen -SO2Cl-Rest aufweist. Das Polymer, das eine Polymereinheit mit mindestens einem -SO2Cl-Rest beinhaltet, wird anschließend mit einer nukleophilen Verbindung unter Bildung der Polymermembran umgesetzt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Fachgebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft innenleitfähige Polymere, Brennstoffzellenmembranen und Membran-Elektroden-Anordnungen.
  • 2. Technischer Hintergrund
  • Protonenleitfähige Polymermembranen sind ein wichtiger Bestandteil in einer Brennstoffzellenvorrichtung. Um eine optimale Brennstoffzellenleistung zu erzielen, muss die protonenleitfähige Polymermembran bei hoher und bei niedriger relativer Feuchte eine hohe Ionenleitfähigkeit und eine hohe mechanische Stabilität behalten. In dem US-Patent 6,559,237 wurden aromatische Perfluorcyclobutan-Zufallscopolymere als verbesserte Membranmaterialien für Brennstoffzellen offenbart. Aufgrund der Kettenkonfiguration von Zufallscopolymeren sind jedoch bei hoher Feuchte Wasserquellung und bei geringer Feuchte Membranschrumpfung häufige Probleme bei Zufallscopolymeren. Einer Zufallscopolymermembran fehlt die mechanische Festigkeit, um den Belastungen von Hydratation und Dehydratation innerhalb einer arbeitenden Brennstoffzelle zu widerstehen.
  • Folglich besteht eine Notwendigkeit, eine weiter verbesserte protonenleitfähige Polymermembran bereitzustellen, die in einem großen Bereich von Feuchtigkeitsbedingungen robuste mechanische Eigenschaften und eine hohe Ionenleitfähigkeit behält.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung löst ein oder mehrere Probleme des Stands der Technik, indem sie in mindestens einer Ausführungsform ein Verfahren zur Bildung einer Ionomermembran bereitstellt. Die Ionomermembran umfasst eine Polymereinheit mit der Formel 1,
    Figure 00020001
    wobei gilt:
    P1, P2 sind jeweils unabhängig voneinander: abwesend, -O-, -S-, -SO-, -SO2-, -CO-, -NH-, -NR2- oder -R3-;
    R1 ist -OR5, -NR5, -X, -NHR5Z2 oder -OR5Z2, -NHSO2CF3;
    R2 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl;
    R3 ist C1-25-Alkandiyl, C1-25-Perfluoralkandiyl oder C1-25-Arylen;
    R4 ist Trifluormethyl, C1-25-Alkyl, C1-25-Perfluoralkandiyl, C1-25-Aryl oder eine weitere E1-Gruppe;
    R5 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl;
    E1 ist ein aromatenhaltiger Rest;
    Z2 ist -SO3H, -PO3H, -OH oder NH2;
    X ist ein -OH, ein Halogen, ein Ester,
    Figure 00030001
    i ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10.000; und
    Q1 ist ein fluorierter Cyclobutylrest, wobei das Verfahren das Folgende umfasst:
    • a) Umsetzen eines Polymers, das eine Polymereinheit mit der Formel 3 umfasst, in Chlorsulfonsäure unter Bildung eines ersten Präzipitats, wobei das erste Präzipitat ein Polymer umfasst, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst und sich in einem polaren aprotischen Lösungsmittel unter Bildung einer ersten Lösung löst;
      Figure 00030002
    • b) Bilden einer Polymermembran aus der ersten Lösung, wobei die Polymermembran das Polymer beinhaltet, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst; und
    • c) Umsetzen des Polymers, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst, mit einer nukleophilen Verbindung unter Bildung des Basispolymers mit der Polymereinheit 1.
  • Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbaren, nur Anschauungszwecken dienen sollen und nicht den Schutzbereich der Erfindung einschränken sollen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der ausführlichen Beschreibung und der folgenden begleitenden Zeichnungen besser verständlich:
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelle, welche die Polymere einer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält,
  • 2 ist ein Reaktionsschema, das die Synthese von Beispielen für bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschreibt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
  • Im Folgenden wird ausführlich auf gegenwärtig bevorzugte Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, welche die besten Ausführungsformen der Erfindung darstellen, die den Erfindern gegenwärtig bekannt sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Daher sollen spezifische hier offenbarte Details nicht als einschränkend ausgelegt werden, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage für jeden Aspekt der Erfindung und/oder als eine repräsentative Grundlage, die einen Fachmann lehrt, die vorliegende Erfindung unterschiedlich zu gebrauchen.
  • Außer in den Beispielen, oder wenn ausdrücklich anders angegeben, verstehen sich alle zahlenmäßigen Größen in dieser Beschreibung, die Materialmengen oder Reaktions- und/oder Anwendungsbedingungen angeben, als durch das Wort „ca.” dahingehend geändert, dass sie den weitesten Schutzumfang der Erfindung beschreiben. Die Ausführung innerhalb der angegebenen zahlenmäßigen Beschränkungen ist allgemein bevorzugt. Außerdem gilt, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben: Prozent, „Teile von” und Verhältniswerte beziehen sich auf das Gewicht; der Begriff „Polymer” umfasst „Oligomer”, „Copolymer”, „Terpolymer”, „Block”, „Zufallspolymer”, „segmentierter Block” und dergleichen; die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien als für einen bestimmten Zweck in Verbindung mit der Erfindung geeignet oder bevorzugt setzt voraus, dass Mischungen von 2 oder mehr der Elementen der Gruppe oder Klasse gleichermaßen geeignet oder bevorzugt sind; die Beschreibung von Bestandteilen in chemischen Begriffen bezieht sich auf die Bestandteile zum Zeitpunkt der Zugabe zu einer in der Beschreibung vorgegebenen Kombination und schließt nicht notwendigerweise chemische Wechselwirkungen zwischen den Bestandteilen einer Mischung nach dem Mischen aus; die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung und gilt entsprechend für normale grammatikalische Abwandlungen der anfänglich definierten Abkürzung; und, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, wird die Messung einer Eigenschaft mit derselben Technik bestimmt wie zuvor oder im Folgenden für dieselbe Eigenschaft angegeben.
  • Es wird außerdem davon ausgegangen, dass diese Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen und Verfahren beschränkt ist, da spezifische Bestandteile und/oder Bedingungen selbstverständlich abweichen können. Des Weiteren dient die hier verwendete Terminologie nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und soll nicht in irgendeiner Weise einschränkend sein.
  • Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass die Einzahlformen „ein/eine/eines” und „der/die/das”, wie in der Beschreibung und den anhängigen Ansprüchen verwendet, die Mehrzahl umfassen, wenn aus dem Kontext nicht deutlich etwas anderes hervorgeht. Zum Beispiel soll der Verweis auf einen Bestandteil in der Einzahl mehrere Bestandteile umfassen.
  • Immer, wenn in dieser Anmeldung auf Veröffentlichungen verwiesen wird, werden die Offenbarungen dieser Veröffentlichungen in ihrer Gesamtheit hiermit durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen, um den Stand der Technik, den diese Erfindung betrifft, näher zu beschreiben.
  • Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen) ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken.
  • Der Begriff „Block”, wie hier verwendet, bezeichnet einen Teil eines Makromoleküls, das viele Baueinheiten umfasst, der mindestens eine Eigenschaft aufweist, die in angrenzenden Teilen nicht vorhanden ist.
  • Der Begriff „Blockmakromolekül”, wie hier verwendet, bezeichnet ein Makromolekül, das aus Blocks in linearer Sequenz zusammengesetzt ist.
  • Der Begriff „Blockpolymer”, wie hier verwendet, bezeichnet eine Substanz, die aus Blockmakromolekülen zusammengesetzt ist.
  • Der Begriff „Blockcopolymer”, wie hier verwendet, bezeichnet ein Polymer, in dem aneinander angrenzende Blocks von unterschiedlicher Zusammensetzung sind, d. h. dass jeder dieser Blocks Baueinheiten umfasst, die aus verschiedenen charakteristischen Monomerspezies abgeleitet wurden, oder verschiedene Zusammensetzungen oder Sequenzverteilungen von Baueinheiten aufweisen.
  • Der Begriff „Zufallscopolymer”, wie hier verwendet, bezeichnet ein Copolymer, das aus Makromolekülen besteht, in dem die Wahrscheinlichkeit dafür, eine gegebene sich wiederholende Einheit an einer beliebigen Stelle in der Kette vorzufinden, unabhängig von der Natur der angrenzenden Einheiten ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 wird eine Brennstoffzelle bereitgestellt, die einen Polymerelektrolyten enthält, der Polymere aus der Erfindung umfasst. Die PEM-Brennstoffzelle 10 umfasst die ionenleitfähige Polymer-Membran 12, die zwischen Kathodenkatalysatorschicht 14 und Anodenkatalysatorschicht 16 angeordnet ist. Die ionenleitfähige polymere Kompositmembran 12 umfasst ein oder mehr der nachstehend dargelegten Polymere. Die Brennstoffzelle 10 umfasst außerdem leitfähige Platten 20, 22, Gaskanäle 60 und 66 sowie Gasdiffusionsschichten 24 und 26. Vorteilhafterweise stellt die vorliegende Erfindung Ausführungsformen für die Kompositmembran 12 bereit.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung einer Ionomermembran bereitgestellt. Die Ionomermembran umfasst eine Polymereinheit mit der Formel 1,
    Figure 00080001
    wobei gilt:
    P1, P2 sind jeweils unabhängig voneinander: abwesend, -O-, -S, -SO-, -SO2-, -CO-, -NH-, -NR2- oder -R3-;
    R1 ist -OR5, -NR5, -X, -NHR5Z2 oder -OR5Z2, -NHSO2CF3;
    R2 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl;
    R3 ist C1-25-Alkandiyl, C1-25-Perfluoralkandiyl oder C1-25-Arylen;
    R4 ist Trifluormethyl, C1-25-Alkyl, C1-25-Perfluoralkandiyl, C1-25-Aryl oder eine weitere E1-Gruppe;
    R5 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl;
    i ist eine ganze Zahl;
    E1 ist ein aromatenhaltiger Rest;
    Z2 ist -SO3H, -PO3H, -OH oder -NH2;
    X ist ein -OH, ein Halogen, ein Ester, oder
    Figure 00080002
    i ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10.000; und
    Q1 ist ein fluorierter Cyclobutylrest.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird Reaktionsschema zur Bildung der Polymereinheit mit der Formel 1 bereitgestellt. In Schritt a) des Verfahrens wird ein Polymer, das eine Polymereinheit mit der Formel 3 umfasst, in Dichlormethan gelöst und mit Chlorsulfonsäure umgesetzt, und das entsprechende Arylsulfonylchlorid wird in einem polaren aprotischen Lösungsmittel, wie z. B. N,N'-Dimethylacetamid, unter Bildung einer ersten Lösung gelöst. Die erste Lösung beinhaltet ein Polymer, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst, und das zumindest teilweise in Chlorsulfonsäure gelöst ist.
  • Figure 00090001
  • In Schritt b) wird eine Polymermembran aus der ersten Lösung gebildet. Die Polymermembran beinhaltet das Polymer, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst, und das nun in Form einer Membran vorliegt. In Schritt c) wird das Polymer, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst, unter Bildung eines Basispolymers mit der Polymereinheit 1 mit einer nukleophilen Verbindung umgesetzt.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 2 werden eine beliebige Anzahl nukleophiler Verbindungen in Schritt c) verwendet. Beispiele für solche nukleophilen Verbindungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, HOR5, HNR5, HX, HNHR5Z5 und HOR5Z2.
  • In einer Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet das ionomere Polymer weiterhin eine Polymereinheit mit der Formel 2: (E2-P3-Q2-P4 ) j 2 wobei gilt:
    E2 ist ein aromatenhaltiger Rest;
    P3, P4 sind jeweils unabhängig voneinander: abwesend, -O-, -S-, -SO-, -SO2-, -CO-, -NH-, -NR2- oder -R3-;
    R2 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl;
    R3 ist C1-25-Alkandiyl, C1-25-Perfluoralkandiyl oder C1-25-Arylen;
    j ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10 000; und
    Q2 ist ein fluorierter Cyclobutylrest.
  • In einer Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform umfassen E1 und E2 jeweils unabhängig voneinander einen oder mehr der folgenden Reste:
    Figure 00110001
    Figure 00120001
  • Beispiele für Q1 und Q2 in den vorstehenden Formeln sind:
    Figure 00130001
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Fachleute werden viele Abwandlungen erkennen, die innerhalb des Geistes der vorliegenden Erfindung und des Schutzumfangs der Patentansprüche liegen.
  • Synthese von PFCB-Polymer mit Sulfonylchloridgruppen. Struktur 2.
  • In einem 100-ml-Schraubdeckelglas mit einem Magnetrührer werden 2,5 g (42 mmol BPVE) Perfluorcyclobutanpolymer TRJ-3058 [Struktur 5, bestehend aus einem 2:1-Verhältnis von BPVE-Oligomer (Mn = 8 K), copolymerisiert mit 6F-Monomer, Mn = 50 K, Tetramer Technologies, Pendleton, South Carolina, USA] in Dichlormethan (50,0 g, > 99,9%, Aldrich, Kat.-Nr. 439233) gelöst. Chlorsulfonsäure (6,25 g, 2,5 Massenäquivalente, 12,8 Moläquivalente) wird zugegeben und das Reaktionsgemisch wird mechanisch gerührt, während eine innere Reaktionstemperatur von 36°C aufrechterhalten wird. Nach 15–20 min fällt ein violettes chlorsulfoniertes PFCB-Polymer aus der Lösung aus, und anschließend wird nach 1 h der Überstand Dichlormethan abdekantiert. Das gesammelte Präzipitat wird mit Methylenchlorid gemischt und gründlich damit gewaschen und anschließend filtriert. Das gesammelte Polymer mit Sulfonylchloridgruppen (und mit der Struktur 6) wird anschließend im Vakuum bei 25°C 16 h lang getrocknet. Dieses Polymer löst sich in N,N-Dimethylacetamid.
  • Figure 00140001
    Nukleophile Substitution von Sulfonylchloridgruppen der Struktur 5 unter Bildung von Polymer 3.
  • In einen 250-ml-Rundkolben werden CF3SO2NNaSi(CH3)3[3,71 g, 15,3 mmol, hergestellt wie beschrieben in Thomas, B. H., G. Shafer, J. J. Ma, M.-H. Tu, D. O. DesMarteau, J. Fluorine Chem., 125 (2004) 1231–1240], N,N-Dimethylacetamid (DMAc, 100 ml) und Polymer 6 (3,8 g, 7,6 mmol SO2Cl) gegeben. Das Reaktionsgemisch wird bei 80°C unter Stickstoff 2 Tage lang gerührt. Die resultierende Lösung wird zu 2 M Schwefelsäure (1 l) gegeben, um ein Polymer auszufällen, das filtriert und vakuumgetrocknet wird. Das Polymer wird anschließend aus einer Lösung mit 10 Gew.-% Feststoffen in DMAc auf Fensterglas aufgetragen, und der nasse Film wird anschließend bei 80°C bis zur Trocknung erhitzt. Der Film wird durch Eintauchen in Wasser vom Glas abgeschwemmt und wird anschließend an der Luft getrocknet.
  • Figure 00150001
  • Eine 10%ige (Gew.-%) Lösung wird hergestellt durch Auflösen von 1,0 g des Sulfonamidpolymers in 9,0 g N,N-Dimethylacetamid (> 99.9%, Aldrich, Kat.-Nr. 270555) bei 50°C über einen Zeitraum von 2 h. Die Lösung wird bei 15 000 rpm für einige Minuten homogenisiert.
  • Herstellung der KF-2751-Elastomerlösung
  • Eine 10%ige (Gew.-%) Lösung von Kynar® Vinylidenfluoridharz, Grad 2751-00 (Arkema, Chargennr. 03C8106) wird hergestellt, indem 20 g des Elastomerpulvers in 180 g N,N-Dimethylacetamid (> 99.9%, Aldrich, Kat.-Nr. 270555) übernacht bei Raumtemperatur durch Rollen in einem Glasgefäß gelöst werden.
  • Herstellung einer Mischlösung
  • Eine gemischte Lösung aus Ionomer und Elastomer wird hergestellt durch Mischen von 7 g einer 10%igen (Gew.-%) N,N-Dimethylacetamidlösung von Polymer 7 mit 3 g einer 10%igen (Gew.-%) Lösung von KF-2751 in N,N-Dimethylacetamid und zweimaliges Homogenisieren bei 20.000 rpm für Intervalle von 3 min, was eine klare gelbe Lösung ergibt. Die Lösung wird unter Anwendung von Hochdruck durch einen 5-μm-MitexTM-Mem-bran-PTFE-Filter direkt in Zentrifugenröhrchen filtriert. Die Röhrchen werden verschlossen und 10 min lang bei 3 000 rpm zentrifugiert um Luftblasen zu entfernen.
  • Membranauftrag
  • Eine Scheibe Fensterglas wird auf den Vakuumtisch eines Erichson-Gusstisches gelegt, wobei die Heizplatte auf 80°C eingestellt wird. Die Oberfläche wird mit Isopropanol sauber gewischt, und die Ionomerläsung wird bei einer Spaltbreite von 10/1000 Zoll und einer Ziehgeschwindigkeit von 12,5 mm/s bei 50°C aufgetragen. Das Trocknen wird bei 80°C 20 min lang fortgesetzt, und die Membranen werden in 10 cm × 10 cm großen Abschnitten zur Charakterisierung weggeschnitten.
  • Eine Scheibe Fensterglas wird auf den Vakuumtisch eines Erichson-Gusstisches gelegt, wobei die Heizplatte auf 80°C eingestellt wird. Die Oberfläche wird mit Isopropanol sauber gewischt, und die Ionomerläsung wird bei einer Spaltbreite von 10/1000 Zoll und einer Ziehgeschwindigkeit von 12,5 mm/s bei 50°C aufgetragen. Das Trocknen wird bei 80°C 20 min lang fortgesetzt, und die Membranen werden in 10 cm × 10 cm großen Abschnitten zur Charakterisierung weggeschnitten.
  • Während Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung darstellen und beschreiben. Vielmehr dient der in der Beschreibung verwendete Wortlaut der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es wird davon ausgegangen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6559237 [0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Thomas, B. H., G. Shafer, J. J. Ma, M.-H. Tu, D. O. DesMarteau, J. Fluorine Chem., 125 (2004) 1231–1240 [0030]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Bildung einer Ionomermembran, die eine Polymereinheit mit der Formel 1 umfasst,
    Figure 00170001
    wobei gilt: P1, P2 sind jeweils unabhängig voneinander: abwesend, -O-, -S-, -SO-, -SO2-, -CO-, -NH-, -NR2- oder -R3-; R1 ist -OR5, -NR5, -X, -NHR5Z2, -OR5Z2 oder -NHSO2CF3; R2 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl; R3 ist C1-25-Alkandiyl, C1-25-Perfluoralkandiyl oder C1-25-Arylen; R4 ist Trifluormethyl, C1-25-Alkyl, C1-25-Perfluoralkandiyl, C1-25-Aryl oder eine weitere E1-Gruppe; R5 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl; E1 ist ein aromatenhaltiger Rest; Z2 ist -SO3H, -PO3H, -OH oder -NH2; X ist ein -OH, ein Halogen, ein Ester oder
    Figure 00180001
    i ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10.000; und Q1 ist ein fluorierter Cyclobutylrest, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: a) Umsetzen eines Polymers, das eine Polymereinheit mit der Formel 3 umfasst, in Chlorsulfonsäure unter Bildung eines ersten Präzipitats, wobei das erste Präzipitat ein Polymer umfasst, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst und sich in einem polarem aprotischen Lösungsmittel unter Bildung einer ersten Lösung löst;
    Figure 00180002
    b) Bilden einer Polymermembran aus der ersten Lösung, wobei die Polymermembran das Polymer beinhaltet, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst; und c) Umsetzen des Polymers, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst, mit einer nukleophilen Verbindung unter Bildung des Basispolymers mit der Polymereinheit 1.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die nukleophile Verbindung aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus HORS, HNR5, HX, HNHR5Z5 und HOR5Z2 besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Basispolymer weiterhin eine Polymereinheit mit der Formel 2 umfasst: (E2-P3-Q2-P4 ) j 2 wobei gilt: E2 ist ein aromatenhaltiger Rest; P3, P4 sind jeweils unabhängig voneinander: abwesend, -O-, -S-, -SO-, -SO2-, -CO-, -NH-, -NR2- oder -R3-; R2 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl; R3 ist C1-25-Alkandiyl, C1-25-Perfluoralkandiyl oder C1-25-Arylen; j ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10.000; und Q2 ist ein fluorierter Cyclobutylrest.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei E1 und E1 unabhängig voneinander einen oder mehr der folgenden Reste umfassen:
    Figure 00200001
    Figure 00210001
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Z2-SO3H ist.
  6. Verfahren zur Bildung einer Ionomermembran, die Polymereinheiten mit den Formeln 1 und 2 umfasst,
    Figure 00220001
    wobei gilt P1, P2, P3, P4 sind jeweils unabhängig voneinander: abwesend, -O-, -S-, -SO-, -SO2-, -CO-, -NH-, -NR2- oder -R3-; R1 ist -OR5, -NR5, -X, -NHR5Z2, -OR5Z2 oder -NHSO2CF3; R2 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl; R3 ist C1-25-Alkandiyl, C1-25-Perfluoralkandiyl oder C1-25-Arylen; R4 ist Trifluormethyl, C1-25-Alkyl, C1-25-Perfluoralkandiyl, C1-25-Aryl oder eine weitere E1-Gruppe; R5 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl; E1 und E2 sind jeweils unabhängig voneinander ein aromatenhaltiger Rest; Z2 ist -SO3H, -PO3H, -OH oder -NH2; X ist ein -OH, ein Halogen, ein Ester oder
    Figure 00230001
    i ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10.000; j ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10.000; und Q1 ist ein fluorierter Cyclobutylrest, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: a) Umsetzen eines Polymers, das eine Polymereinheit mit der Formel 3 umfasst, in Chlorsulfonsäure unter Bildung eines ersten Präzipitats, wobei das erste Präzipitat ein Polymer umfasst, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst und sich in einem polarem aprotischen Lösungsmittel unter Bildung einer ersten Lösung löst;
    Figure 00230002
    b) Bilden einer Polymermembran aus der ersten Lösung, wobei die Polymermembran das Polymer beinhaltet, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst; und c) Umsetzen des Polymers, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst, mit einer nukleophilen Verbindung unter Bildung des Basispolymers mit der Polymereinheit 1.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die nukleophile Verbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus HOR5, HNR5, HX, HNHR5Z5 und HOR5Z2 besteht.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Z2-SO3H ist.
  9. Brennstoffzelle, welche eine Ionomermembran nach Anspruch 1 umfasst.
  10. Verfahren zur Bildung einer Ionomermembran, die Polymereinheiten mit den Formeln 1 und 2 umfasst,
    Figure 00240001
    wobei gilt: P1, P2, P3, P4 sind jeweils unabhängig voneinander: abwesend, -O-, -S-, -SO-, -SO2-, -CO-, -NH-, -NR2- oder -R3-; R1 ist -OR5, -NR5, -X, -NHR5Z2 oder -OR5Z2, -NHSO2CF3; R2 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl; R3 ist C1-25-Alkandiyl, C1-25-Perfluoralkandiyl oder C1-25-Arylen; R4 ist Trifluormethyl, C1-25-Alkyl, C1-25-Perfluoralkandiyl, C1-25-Aryl oder eine weitere E1-Gruppe; R5 ist C1-25-Alkyl oder C1-25-Aryl; E1 und E2 sind jeweils unabhängig voneinander ein aromatenhaltiger Rest; Z2 ist -SO3H; X ist ein -OH, ein Halogen, ein Ester oder
    Figure 00250001
    i ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10.000; j ist eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10.000; und Q1 ist ein fluorierter Cyclobutylrest, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: a) Umsetzen eines Polymers, das eine Polymereinheit mit der Formel 3 umfasst, in Chlorsulfonsäure unter Bildung eines ersten Präzipitats, wobei das erste Präzipitat ein Polymer umfasst, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst, und sich in einem polarem aprotischen Lösungsmittel unter Bildung einer ersten Lösung löst;
    Figure 00250002
    b) Bilden einer Polymermembran aus der ersten Lösung, wobei die Polymermembran das Polymer beinhaltet, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst; und c) Umsetzen des Polymers, das eine Polymereinheit mit der Formel 4 umfasst, mit einer nukleophilen Verbindung unter Bildung des Basispolymers mit der Polymereinheit 1.
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