DE102012007178A1 - Proton conducting polymer membrane based on polyoxazole, useful in membrane-electrode unit, obtainable by e.g. mixing aromatic diamino-dihydroxy compound and aromatic carboxylic acid, heating, and applying layer of mixture on carrier - Google Patents

Proton conducting polymer membrane based on polyoxazole, useful in membrane-electrode unit, obtainable by e.g. mixing aromatic diamino-dihydroxy compound and aromatic carboxylic acid, heating, and applying layer of mixture on carrier Download PDF

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Abstract

Proton conducting polymer membrane based on polyoxazole, obtainable by (i) mixing at least one aromatic diamino-dihydroxy compound with at least one aromatic carboxylic acid or its esters, or mixing at least one aromatic and/or heteroaromatic amino-hydroxy-carboxylic acid in polyphosphoric acid, (ii) heating the mixture obtained in step (i), (iii) applying a layer of the mixture on a carrier or on an electrode, (iv) at least partially hydrolyzing the polyphosphoric acid present in the layer, and (v) removing the obtained self-supporting membrane from the carrier, is claimed. Proton conducting polymer membrane based on polyoxazole, obtainable by (i) mixing at least one aromatic diamino-dihydroxy compound with at least one aromatic carboxylic acid or its esters containing at least two acid groups per carboxylic acid monomer, or mixing at least one aromatic and/or heteroaromatic amino-hydroxy-carboxylic acid in polyphosphoric acid to obtain a solution and/or a dispersion, (ii) heating the mixture obtained in step (i) under inert gas at 120-up to 300[deg] C to obtain polybenzoxazole polymer, (iii) applying a layer of the mixture obtained in step (ii) on a carrier or on an electrode, (iv) at least partially hydrolyzing the polyphosphoric acid present in the layer obtained in step (iii) by contacting with water and/or aqueous media, and (v) removing the obtained self-supporting membrane from the carrier, is claimed. Independent claims are also included for: (1) a membrane-electrode unit comprising at least one electrode and at least one above membrane; and (2) a fuel cell comprising at least one above membrane-electrode unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Membran-Elektrodeneinheiten und Brennstoffzellen mit langer Lebensdauer, aufweisend zwei elektrochemisch aktive Elektroden, die durch eine Polymer-Elektrolyt-Membran getrennt sind.The present invention relates to improved long life membrane electrode assemblies and fuel cells comprising two electrochemically active electrodes separated by a polymer electrolyte membrane.

In Polymer-Elektrolyt-Membran(PEM)-Brennstoffzellen werden heute als protonenleitende Membranen fast ausschließlich sulfonsäuremodifizierte Polymere eingesetzt. Dabei finden überwiegend perfluorierte Polymere Anwendung.In polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells today almost exclusively sulfonic acid-modified polymers are used as proton-conducting membranes. Here are predominantly perfluorinated polymers application.

Prominentes Beispiel hierfür ist NafionTM von DuPont de Nemours, Willmington USA. Für die Protonenleitung ist ein relativ hoher Wassergehalt in der Membran erforderlich, der typischerweise bei 4–20 Molekülen Wasser pro Sulfonsäuregruppe liegt. Der notwendige Wassergehalt, aber auch die Stabilität des Polymers in Verbindung mit saurem Wasser und den Reaktionsgasen Wasserstoff und Sauerstoff, limitiert die Betriebstemperatur der PEM-Brennstoffzellenstacks auf 80–100°C. Höhere Betriebstemperaturen können ohne einen Verlust an Leistung der Brennstoffzelle nicht realisiert werden. Bei Temperaturen, die für ein gegebenes Druckniveau, oberhalb des Taupunktes von Wasser liegen, trocknet die Membran komplett aus, und die Brennstoffzelle liefert keine elektrische Energie mehr, da der Widerstand der Membran auf so hohe Werte steigt, daß kein nennenswerter Stromfluß mehr erfolgt.A prominent example of this is Nafion from DuPont de Nemours, Willmington USA. Proton conduction requires a relatively high water content in the membrane, typically 4-20 molecules of water per sulfonic acid group. The necessary water content, but also the stability of the polymer in combination with acidic water and the reaction gases hydrogen and oxygen, limits the operating temperature of the PEM fuel cell stacks to 80-100 ° C. Higher operating temperatures can not be realized without a loss of power of the fuel cell. At temperatures that are above the dew point of water for a given pressure level, the membrane dries completely and the fuel cell no longer supplies electrical energy as the resistance of the membrane increases to such high levels that no appreciable current flow occurs.

Aus systemtechnischen Gründen sind aber höhere Betriebstemperaturen als 100°C in der Brennstoffzelle wünschenswert. Die Aktivität der in der Membran-Elektroden-Einheit (MEE) enthaltenen Katalysatoren auf Edelmetallbasis ist bei hohen Betriebstemperaturen wesentlich besser.For technical reasons, however, higher operating temperatures than 100 ° C in the fuel cell are desirable. The activity of the noble metal-based catalysts contained in the membrane-electrode assembly (MEU) is much better at high operating temperatures.

Insbesondere bei der Verwendung von sogenannten Reformaten aus Kohlenwasserstoffen sind im Reformergas deutliche Mengen an Kohlenmonoxid enthalten, die üblicherweise durch eine aufwendige Gasaufbereitung bzw. Gasreinigung entfernt werden müssen. Bei hohen Betriebstemperaturen steigt die Toleranz der Katalysatoren gegenüber den CO-Verunreinigungen.In particular, when using so-called reformates of hydrocarbons in the reformer gas significant amounts of carbon monoxide contained, which usually must be removed by a complex gas treatment or gas cleaning. At high operating temperatures, the tolerance of the catalysts to the CO impurities increases.

Des Weiteren entsteht Wärme beim Betrieb von Brennstoffzellen. Eine Kühlung dieser Systeme auf unter 80°C kann jedoch sehr aufwendig sein. Je nach Leistungsabgabe können die Kühlvorrichtungen wesentlich einfacher gestaltet werden. Das bedeutet, dass die in Brennstoffzellensystemen, die bei Temperaturen über 100°C betrieben werden, die Abwärme deutlich besser nutzbar gemacht und somit die Brennstoffzellensystem-Effizienz gesteigert werden kann.Furthermore, heat is generated during the operation of fuel cells. However, cooling these systems to below 80 ° C can be very expensive. Depending on the power output, the cooling devices can be made much simpler. This means that the fuel cell systems, which are operated at temperatures above 100 ° C, the waste heat can be made much better usable and thus the fuel cell system efficiency can be increased.

Um diese Temperaturen zu erreichen, werden im Allgemeinen Membranen mit neuen Leitfähigkeitsmechanismen verwendet. Ein Ansatz hierfür ist der Einsatz von Membranen, die ohne den Einsatz von Wasser eine ionische Leitfähigkeit zeigen. Die erste erfolgversprechende Entwicklung in diese Richtung ist in der Schrift WO 96/13872 dargelegt. Eine weitere Hochtemperatur-Brennstoffzelle wird in der Druckschrift JP-A-2001-196082 offenbart.In order to reach these temperatures, membranes with new conductivity mechanisms are generally used. One approach is to use membranes that exhibit ionic conductivity without the use of water. The first promising development in this direction is in the Scriptures WO 96/13872 explained. Another high-temperature fuel cell is in the document JP-A-2001-196082 disclosed.

Des Weiteren ist aus WO 02/088219 eine zweite Generation von Hochtemperatur-Brennstoffzelle auf Basis von Polyazolen bekannt, die durch Kondensationspolymerisation in Polyphosphorsäure (PPA) und partieller Hydrolyse derselben Reaktionsmischung hergestellt werden. Diese protonleitenden Polymermembranen zeigen gegenüber den aus WO 96/13872 bekannten Membranen verbesserte Eigenschaften. Dennoch sind auch diese Membranen für einen dauerhaften Betrieb in einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle noch zu verbessern. Insbesondere bei Dauergebrauchstemperaturen von 160–180°C und häufigen Ein- und Ausschalten der Brennstoffzelle ist ein Abbau bzw. Altern der Membran nicht auszuschließen. Unter Umständen kann dieser Abbau zu einem irreversiblen Ausfall der Membran-Elektroden-Einheit führen.Furthermore, it is off WO 02/088219 a second generation high temperature fuel cell based on polyazoles prepared by condensation polymerization in polyphosphoric acid (PPA) and partial hydrolysis of the same reaction mixture. These proton-conducting polymer membranes show against the WO 96/13872 known membranes improved properties. Nevertheless, these membranes for a permanent operation in a high-temperature fuel cell to be improved. In particular, at continuous use temperatures of 160-180 ° C and frequent switching on and off of the fuel cell degradation or aging of the membrane can not be excluded. Under certain circumstances, this degradation can lead to irreversible failure of the membrane-electrode assembly.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine verbesserte protonenleitende Polymermembran bereitzustellen, welche das vorstehend genannte Problem nicht aufweist und somit zu einer verbesserten MEE führt.The object of the present invention is therefore to provide an improved proton-conducting polymer membrane which does not have the above-mentioned problem and thus leads to an improved MEU.

Die erfindungsgemäße Membran bzw. MEE, die eine solche Membran enthält weist insbesondere die folgenden Eigenschaften auf:

  • • Die Zellen sollten bei einem Betrieb bei Temperaturen über 100°C eine lange Lebensdauer zeigen.
  • • Die Einzelzellen sollten eine gleichbleibende oder verbesserte Leistung bei Temperaturen über 100°C über einen langen Zeitraum zeigen.
  • • Hierbei sollten die Brennstoffzellen nach langer Betriebszeit eine hohe Ruhespannung sowie einen geringen Gasdurchtritt aufweisen (gas cross over).
  • • Die Brennstoffzellen sollten insbesondere bei Betriebstemperaturen oberhalb von 100°C eingesetzt werden können und ohne zusätzliche Brenngasbefeuchtung auskommen. Insbesondere sollten die Membran-Elektroden-Einheiten permanenten oder wechselnden Druckdifferenzen zwischen Anode und Kathode widerstehen können.
  • • Des Weiteren war es mithin Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Membran-Elektroden-Einheit zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Hierbei sollte insbesondere möglichst wenig von teuren Materialien eingesetzt werden.
  • • Insbesondere sollte die Brennstoffzelle auch nach langer Zeit eine hohe Spannung aufweisen und bei niedriger Stöchiometrie betrieben werden können.
  • • Insbesondere sollte die MEE robust gegen unterschiedliche Operationsbedingungen (T, p, Geometrie etc.) sein um die allgemeine Zuverlässigkeit zu erhöhen.
  • • Weiterhin sollte teures Edelmetall, insbesondere Platinmetalle, sehr effektiv ausgenutzt werden.
The membrane or MEU according to the invention which contains such a membrane has in particular the following properties:
  • • The cells should show a long life when operated at temperatures above 100 ° C.
  • • The single cells should show consistent or improved performance at temperatures over 100 ° C over a long period of time.
  • • In this case, the fuel cells should have a high quiescent voltage and a low gas penetration (gas crossover) after a long period of operation.
  • • The fuel cells should be able to be used in particular at operating temperatures above 100 ° C and do without additional fuel gas moistening. In particular, the membrane-electrode assemblies should be able to withstand permanent or alternating pressure differences between anode and cathode.
  • • Furthermore, it was therefore an object of the present invention to provide a membrane-electrode assembly available that can be easily and inexpensively manufactured. In particular, as little as possible of expensive materials should be used.
  • • In particular, the fuel cell should have a high voltage even after a long time and be operated at low stoichiometry.
  • • In particular, the MEE should be robust against different operating conditions (T, p, geometry, etc.) to increase overall reliability.
  • • Furthermore, expensive precious metals, especially platinum metals, should be used very effectively.

Wir haben nun gefunden, daß eine spezielle protonenleitende Membran auf Basis von Polybenzoxazolen erhalten werden kann, welche das vorstehend genannte Anforderungsprofil erfüllt.We have now found that a specific proton-conducting membrane based on polybenzoxazoles can be obtained, which fulfills the aforementioned requirement profile.

Gelöst werden diese Aufgaben durch die protonenleitende Membran mit allen Merkmalen des Anspruchs 1, sowie die in den Unteransprüchen aufgezeigten bevorzugten Ausführungsformen, sowie eine Membran-Elektroden-Einheiten enthaltend eine erfindungsgemäße protonenleitende Membran.These objects are achieved by the proton-conducting membrane having all the features of claim 1, as well as the pointed out in the dependent claims preferred embodiments, and a membrane-electrode assemblies containing a proton-conducting membrane according to the invention.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine protonenleitende Polymermembran auf Basis von Polybenzoxazolen erhältlich durch ein Verfahren umfassend die Schritte

  • (i) Mischen von (a) einem oder mehreren aromatischen Di-Amino-Di-Hydroxy-Verbindungen mit (b) einer oder mehreren aromatischen Carbonsäuren bzw. deren Estern, die mindestens zwei Säuregruppen pro Carbonsäure-Monomer enthalten, oder Mischen von einer oder mehreren aromatischen und/oder heteroaromatischen Amino-hydroxy-carbonsäuren in Polyphosphorsäure unter Ausbildung einer Lösung und/oder Dispersion,
  • (ii) Erwärmen der Mischung aus Schritt (i), vorzugsweise unter Inertgas, auf Temperaturen im Bereich von 120°C und bis zu 300°C unter Ausbildung des Polybenzoxazol-Polymeren,
  • (iii) Aufbringen einer Schicht unter Verwendung der Mischung aus Schritt ii) auf einen Träger oder auf eine Elektrode,
  • (iv) zumindest partielle Hydrolyse der in der Schicht aus Schritt (iii) vorhandenen Polyphosphorsäure durch in Kontaktbringen mit Wasser und/oder wasserhaltigen Medien,
  • (v) Ablösen der gebildeten selbsttragenden Membran vom Träger.
The present invention is a proton-conducting polymer membrane based on polybenzoxazoles obtainable by a process comprising the steps
  • (i) mixing (a) one or more aromatic di-amino-di-hydroxy compounds with (b) one or more aromatic carboxylic acids or their esters containing at least two acid groups per carboxylic acid monomer, or mixing one or more a plurality of aromatic and / or heteroaromatic amino-hydroxy-carboxylic acids in polyphosphoric acid to form a solution and / or dispersion,
  • (ii) heating the mixture of step (i), preferably under inert gas, to temperatures in the range of 120 ° C and up to 300 ° C to form the polybenzoxazole polymer,
  • (iii) applying a layer using the mixture from step ii) to a support or to an electrode,
  • (iv) at least partial hydrolysis of the polyphosphoric acid present in the layer of step (iii) by contact with water and / or hydrous media,
  • (v) detaching the formed self-supporting membrane from the support.

Bei den erfindungsgemäß eingesetzten aromatischen Di-Amino-Di-Hydroxy-Verbindungen handelt es sich vorzugsweise um 3,3'-Dihydroxy-4,4'-Diaminobiphenyl, 3,3'-Dihydroxy-4,4'-Diamino-diphenylsulfon, 4,6-Diamino-1,3-Dihydroxy-benzol (DABDO), sowie deren Salze, insbesondere deren Mono- und/oder Di-hydrochloridderivate.The aromatic di-amino-di-hydroxy compounds used according to the invention are preferably 3,3'-dihydroxy-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dihydroxy-4,4'-diamino-diphenylsulfone, 4 , 6-diamino-1,3-dihydroxybenzene (DABDO), and their salts, especially their mono- and / or di-hydrochloride derivatives.

Bei den erfindungsgemäß eingesetzten aromatischen Carbonsäuren handelt es sich um Di-Carbonsäuren, sowie um Di-Carbonsäuren in Kombination mit Tri-Carbonsäuren und/oder Tetra-Carbonsäuren. Anstelle der aromatischen Carbonsäuren können auch deren Estern, Anhydride oder Säurechloride eingesetzt werden. Innerhalb der aromatischen Di-Carbonsäuren sind solche bei denen die Säuregruppen in para-Stellung am aromatischen Ring vorliegen bevorzugt.The aromatic carboxylic acids used according to the invention are di-carboxylic acids and di-carboxylic acids in combination with tri-carboxylic acids and / or tetra-carboxylic acids. Instead of the aromatic carboxylic acids and their esters, anhydrides or acid chlorides can be used. Within the aromatic di-carboxylic acids, those in which the acid groups are in the para position on the aromatic ring are preferred.

Der Begriff aromatische Carbonsäuren umfasst gleichermaßen auch heteroaromatische Carbonsäuren. Vorzugsweise handelt es sich bei den aromatischen Dicarbonsäuren um Isophthalsäure, Terephthalsäure, Phthalsäure, 5-Hydroxyisophthalsäure, 4-Hydroxyisophthalsäure, 2-Hydroxyterephthalsäure, 5-Aminoisophthalsäure, 5-N,N-Dimethylaminoisophthalsäure, 5-N,N-Diethylaminoisophthalsäure, 2,5-Dihydroxyterephthalsäure, 2,6-Dihydroxyisophthalsäure, 4,6-Dihydroxyisophthalsäure, 2,3-Dihydroxyphthalsäure, 2,4-Dihydroxyphthalsäure. 3,4-Dihydroxyphthalsäure, 3-Fluorophthalsäure, 5-Fluoroisophthalsäure, 2-Fluoroterphthalsäure, Tetrafluorophthalsäure, Tetrafluoroisophthalsäure, Tetrafluoroterephthalsäure, 1,4-Naphthalindicarbonsäure, 1,5-Naphthalindicarbonsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 2,7-Naphthalindicarbonsäure, Diphensäure, 1,8-dihydroxynaphthalin-3,6-dicarbonsäure, Diphenylether-4,4'-dicarbonsäure, Benzophenon-4,4'-dicarbonsäure, Diphenylsulfon-4,4'-dicarbonsäure, Biphenyl-4,4'-dicarbonsäure, 4-Trifluoromethylphthalsäure, 2,2-Bis(4-carboxyphenyl)hexafluoropropan, 4,4'-Stilbendicarbonsäure, 4-Carboxyzimtsäure, bzw. deren C1-C20-Alkyl-Ester oder C5-C12-Aryl-Ester, oder deren Säureanhydride oder deren Säurechloride.The term aromatic carboxylic acids equally includes heteroaromatic carboxylic acids. Preferably, the aromatic dicarboxylic acids are isophthalic acid, terephthalic acid, phthalic acid, 5-hydroxyisophthalic acid, 4-hydroxyisophthalic acid, 2-hydroxyterephthalic acid, 5-aminoisophthalic acid, 5-N, N-dimethylaminoisophthalic acid, 5-N, N-diethylaminoisophthalic acid, 2.5 Dihydroxyterephthalic acid, 2,6-dihydroxyisophthalic acid, 4,6-dihydroxyisophthalic acid, 2,3-dihydroxyphthalic acid, 2,4-dihydroxyphthalic acid. 3,4-dihydroxyphthalic acid, 3-fluorophthalic acid, 5-fluoroisophthalic acid, 2-fluoroterphthalic acid, tetrafluorophthalic acid, tetrafluoroisophthalic acid, tetrafluoroterephthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, diphenic acid, 1,8-dihydroxynaphthalene-3,6-dicarboxylic acid, diphenylether-4,4'-dicarboxylic acid, benzophenone-4,4'-dicarboxylic acid, Diphenylsulfone-4,4'-dicarboxylic acid, biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, 4-trifluoromethylphthalic acid, 2,2-bis (4-carboxyphenyl) hexafluoropropane, 4,4'-stilbenedicarboxylic acid, 4-carboxycinnamic acid, or their C1- C20 alkyl esters or C5 C12 aryl esters, or their acid anhydrides or their acid chlorides.

Bei den aromatischen Tri-Carbonsäuren bzw. deren C1-C20-Alkyl-Ester oder C5-C12-Aryl-Ester oder deren Säureanhydride oder deren Säurechloride handelt es sich bevorzugt um 1,3,5-Benzol-tricarbonsäure (Trimesic acid), 1,2,4-Benzoltricarbonsäure (Trimellitic acid), (2-Carboxyphenyl)iminodiessigsäure, 3,5,3'-Biphenyltricarbonsäure, 3,5,4'-Biphenyltricarbonsäure.The aromatic tri-carboxylic acids or their C1-C20-alkyl esters or C5-C12-aryl esters or their acid anhydrides or their acid chlorides are preferably 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (trimesic acid), 1 , 2,4-benzenetricarboxylic acid (trimellitic acid), (2-carboxyphenyl) iminodiacetic acid, 3,5,3'-biphenyltricarboxylic acid, 3,5,4'-biphenyltricarboxylic acid.

Bei den aromatischen Tetracarbonsäuren bzw. deren C1-C20-Alkyl-Ester oder C5-C12-Aryl-Ester oder deren Säureanhydride oder deren Säurechloride handelt es sich bevorzugt um 3,5,3',5'-biphenyltetracarboxylic acid, 1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure, Benzophenontetracarbonsäure, 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäure, 2,2',3,3'-Biphenyltetracarbonsäure, 1,2,5,6-Naphthalintetracarbonsäure, 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäure.The aromatic tetracarboxylic acids or their C 1 -C 20 -alkyl esters or C 5 -C 12 -aryl esters or their acid anhydrides or their acid chlorides are preferably 3,5,3 ', 5'-biphenyltetracarboxylic acid, 1,2, 4,5-benzenetetracarboxylic acid, benzophenonetetracarboxylic acid, 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic acid, 2,2', 3,3'-biphenyltetracarboxylic acid, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic acid, 1,4,5,8- naphthalene.

Bei den erfindungsgemäß eingesetzten heteroaromatischen Carbonsäuren handelt es sich um heteroaromatische Di-carbonsäuren, heteroaromatische Tri-carbonsäuren und heteroaromatischen Tetra-Carbonsäuren bzw. deren Estern oder deren Anhydride. Als Heteroaromatische Carbonsäuren werden aromatische Systeme verstanden welche mindestens ein Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel oder Phosphoratom im Aromaten enthalten. Vorzugsweise handelt es sich um Pyridin-2,5-dicarbonsäure, Pyridin-3,5-dicarbonsäure, Pyridin-2,6-dicarbonsäure, Pyridin-2,4-dicarbonsäure, 4-Phenyl-2,5-pyridindicarbonsäure, 3,5-Pyrazoldicarbonsäure, 2,6-Pyrimidindicarbonsäure, 2,5-Pyrazindicarbonsäure, 2,4,6-Pyridintricarbonsäure, Benzimidazol-5,6-dicarbonsäure. Sowie deren C1-C20-Alkyl-Ester oder C5-C12-Aryl-Ester, oder deren Säureanhydride oder deren Säurechloride.The heteroaromatic carboxylic acids used according to the invention are heteroaromatic dicarboxylic acids, heteroaromatic tricarboxylic acids and heteroaromatic tetracarboxylic acids or their esters or their anhydrides. Heteroaromatic carboxylic acids are aromatic systems which contain at least one nitrogen, oxygen, sulfur or phosphorus atom in the aromatic. Preferably pyridine-2,5-dicarboxylic acid, pyridine-3,5-dicarboxylic acid, pyridine-2,6-dicarboxylic acid, pyridine-2,4-dicarboxylic acid, 4-phenyl-2,5-pyridinedicarboxylic acid, 3,5 Pyrazole dicarboxylic acid, 2,6-pyrimidine dicarboxylic acid, 2,5-pyrazine dicarboxylic acid, 2,4,6-pyridine tricarboxylic acid, benzimidazole-5,6-dicarboxylic acid. As well as their C1-C20 alkyl esters or C5-C12 aryl esters, or their acid anhydrides or their acid chlorides.

Der Gehalt an Tri-Carbonsäure bzw. Tetra-Carbonsäuren (bezogen auf eingesetzte Dicarbonsäure) beträgt zwischen 0 und 30 Mol-%, vorzugsweise 0,1 und 20 Mol-%, insbesondere 0,5 und 10 Mol-%.The content of tricarboxylic acid or tetracarboxylic acids (based on the dicarboxylic acid used) is between 0 and 30 mol%, preferably 0.1 and 20 mol%, in particular 0.5 and 10 mol%.

Bei den erfindungsgemäß eingesetzten aromatischen und/oder heteroaromatischen Amino-hydroxy-carbonsäuren handelt es sich vorzugsweise um 3-Amino-4-Hydroxybenzolsäure sowie 4-Amino-3-Hydroxy-benzoesäureThe aromatic and / or heteroaromatic aminohydroxycarboxylic acids used according to the invention are preferably 3-amino-4-hydroxybenzoic acid and 4-amino-3-hydroxybenzoic acid

Bevorzugt werden in Schritt A) Mischungen von mindestens 2 verschiedenen aromatischen Carbonsäuren einzusetzen. Besonders bevorzugt werden Mischungen eingesetzt, die neben aromatischen Carbonsäuren auch heteroaromatische Carbonsäuren enthalten. Das Mischungsverhältnis von aromatischen Carbonsäuren zu heteroaromatischen Carbonsäuren beträgt zwischen 1:99 und 99:1, vorzugsweise 1:50 bis 50:1, insbesondere 1:10 bis 10:1.In step A) it is preferred to use mixtures of at least 2 different aromatic carboxylic acids. Particular preference is given to using mixtures which, in addition to aromatic carboxylic acids, also contain heteroaromatic carboxylic acids. The mixing ratio of aromatic carboxylic acids to heteroaromatic carboxylic acids is between 1:99 and 99: 1, preferably 1:50 to 50: 1, in particular 1:10 to 10: 1.

Bei diesen Mischungen handelt es sich insbesondere um Mischungen von N-heteroaromatischen Di-carbonsäuren und aromatischen Dicarbonsäuren. Nicht limitierende Beispiele dafür sind Isophthalsäure, Terephthalsäure, Phthalsäure, 2,5-Dihydroxyterephthalsäure, 2,6-Dihydroxyisophthalsäure, 4,6-Dihydroxyisophthalsäure, 2,3-Dihydroxyphthalsäure, 2,4-Dihydroxyphthalsäure. 3,4-Dihydroxyphthalsäure,1,4-Naphthalindicarbonsäure, 1,5-Naphthalindicarbonsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 2,7-Naphthalindicarbonsäure, Diphensäure, 1,8-dihydroxynaphthalin-3,6-dicarbonsäure, Diphenylether-4,4'-dicarbonsäure, Benzophenon-4,4'-dicarbonsäure, Diphenylsulfon-4,4'-dicarbonsäure, Biphenyl-4,4'-dicarbonsäure, 4-Trifluoromethylphthalsäure, Pyridin-2,5-dicarbonsäure, Pyridin-3,5-dicarbonsäure, Pyridin-2,6-dicarbonsäure, Pyridin-2,4-dicarbonsäure, 4-Phenyl-2,5-pyridindicarbonsäure, 3,5-Pyrazoldicarbonsäure, 2,6-Pyrimidindicarbonsäure,2,5-Pyrazindicarbonsäure.These mixtures are in particular mixtures of N-heteroaromatic di-carboxylic acids and aromatic dicarboxylic acids. Non-limiting examples thereof are isophthalic acid, terephthalic acid, phthalic acid, 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 2,6-dihydroxyisophthalic acid, 4,6-dihydroxyisophthalic acid, 2,3-dihydroxyphthalic acid, 2,4-dihydroxyphthalic acid. 3,4-dihydroxyphthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, diphenic acid, 1,8-dihydroxynaphthalene-3,6-dicarboxylic acid, diphenyl ether-4,4 ' dicarboxylic acid, benzophenone-4,4'-dicarboxylic acid, diphenylsulfone-4,4'-dicarboxylic acid, biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, 4-trifluoromethylphthalic acid, pyridine-2,5-dicarboxylic acid, pyridine-3,5-dicarboxylic acid, Pyridine-2,6-dicarboxylic acid, pyridine-2,4-dicarboxylic acid, 4-phenyl-2,5-pyridinedicarboxylic acid, 3,5-pyrazoldicarboxylic acid, 2,6-pyrimidinedicarboxylic acid, 2,5-pyrazinedicarboxylic acid.

Bei der in Schritt A) verwendeten Polyphosphorsäure handelt es sich um handelsübliche Polyphosphorsäuren wie diese beispielsweise von Riedel-de Haen erhältlich sind. Die Polyphosphorsäuren Hn+2PnO3n+1 (n > 1) besitzen üblicherweise einen Gehalt berechnet als P2O5 (acidimetrisch) von mindestens 79,8% was einer Konzentration von min. 110% H3PO4 entspricht. Anstelle einer Lösung der Monomeren kann auch eine Dispersion/Suspension erzeugt werden.The polyphosphoric acid used in step A) are commercially available polyphosphoric acids, such as are obtainable, for example, from Riedel-de Haen. The polyphosphoric acids H n + 2 P n O 3n + 1 (n> 1) usually have a content calculated as P 2 O 5 (acidimetric) of at least 79.8% which corresponds to a concentration of min. 110% H 3 PO 4 corresponds. Instead of a solution of the monomers, it is also possible to produce a dispersion / suspension.

Die in Schritt A) erzeugte Mischung weist ein Gewichtsverhältnis Polyphosphorsäure zu Summe aller Monomeren von 1:10000 bis 10000:1, vorzugsweise 1:1000 bis 1000:1, insbesondere 1:100 bis 100:1, auf.The mixture produced in step A) has a weight ratio of polyphosphoric acid to sum of all monomers of 1: 10,000 to 10,000: 1, preferably 1: 1000 to 1000: 1, in particular 1: 100 to 100: 1, on.

Als Polyoxazol werden Polymere verstanden, die im aromatischen System mindestens ein Sauerstoff-Heteroatom und mindestens ein Stickstoff-Heteroatom aufweisen. Das aromatische System kann ein oder mehrkernig sein und umfasst auch kondensierte aromatische Ringsysteme. Besonders bevorzugt sind aromatische Systeme bei denen ein aromatischer Ring mindestens ein Sauerstoff-Heteroatom und mindestens ein Stickstoff-Heteroatom aufweist. As the polyoxazole polymers are understood which have at least one oxygen heteroatom and at least one nitrogen heteroatom in the aromatic system. The aromatic system may be mononuclear or polynuclear and also includes fused aromatic ring systems. Particularly preferred are aromatic systems in which an aromatic ring has at least one oxygen heteroatom and at least one nitrogen heteroatom.

Bei dem aromatischen Ring handelt es sich vorzugsweise um einen fünf- oder sechsgliedrigen Ring mit einem Stickstoffatom und einem Sauerstoffatom, der mit einem anderen Ring, insbesondere einem anderen aromatischen Ring, anelliert sein kann.The aromatic ring is preferably a five- or six-membered ring having a nitrogen atom and an oxygen atom which may be fused to another ring, in particular another aromatic ring.

Hochtemperaturstabil im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Polymer, welches als Polymerer Elektrolyt in einer Brennstoffzelle bei Temperaturen oberhalb 120°C dauerhaft betrieben werden kann. Dauerhaft bedeutet, dass eine erfindungsgemäße Membran mindestens 100 Stunden, vorzugsweise mindestens 500 Stunden bei mindestens 80°C, vorzugsweise mindestens 120°C, besonders bevorzugt mindestens 160°C betrieben werden kann, ohne dass die Leistung, die gemäß der in WO 01/18894 A2 beschriebenen Methode gemessen werden kann, um mehr als 50%, bezogen auf die Anfangsleistung abnimmt.High-temperature stability in the context of the present invention is a polymer which can be operated as a polymer electrolyte in a fuel cell at temperatures above 120 ° C permanently. Permanently means that a membrane according to the invention can be operated for at least 100 hours, preferably for at least 500 hours at at least 80 ° C., preferably at least 120 ° C., more preferably at least 160 ° C., without the power corresponding to that given in WO 01/18894 A2 method can be measured by more than 50%, based on the initial power decreases.

Eine besonders bevorzugte Gruppe von Polyoxazol-Polymeren sind solche, die wiederkehrende Oxazoleinheiten der Allgemeinen Formel (I) und/oder (II) und/oder (III) und/oder (IV) und/oder (V) und/oder (VI) und/oder (VII)

Figure 00070001
Figure 00080001
worin
Ar gleich oder verschieden sind und für eine vierbindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann,
Ar1 gleich oder verschieden sind und für eine zweibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann,
Ar2 gleich oder verschieden sind und für eine zwei oder dreibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann,
Ar3 gleich oder verschieden sind und für eine dreibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann,
Ar4 gleich oder verschieden sind und für eine dreibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann,
Ar5 gleich oder verschieden sind und für eine vierbindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann,
Ar6 gleich oder verschieden sind und für eine zweibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann,
Ar7 gleich oder verschieden sind und für eine zweibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann,
Ar8 gleich oder verschieden sind und für eine zweibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann,
Ar9 gleich oder verschieden sind und für eine zweibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann,
X gleich oder verschieden ist und für Sauerstoff steht,
n eine ganze Zahl größer gleich 10, bevorzugt größer gleich 100 ist,
umfassen.A particularly preferred group of polyoxazole polymers are those which contain repeating oxazole units of the general formula (I) and / or (II) and / or (III) and / or (IV) and / or (V) and / or (VI) and / or (VII)
Figure 00070001
Figure 00080001
wherein
Ar are the same or different and represent a four-membered aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear,
Ar 1 are the same or different and represent a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear,
Ar 2 are the same or different and represent a two or trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear,
Ar 3 are the same or different and represent a trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear,
Ar 4 are the same or different and represent a trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear,
Ar 5 are the same or different and represent a four-membered aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear,
Ar 6 are the same or different and represent a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear,
Ar 7 are the same or different and represent a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear,
Ar 8 are the same or different and represent a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear,
Ar 9 are the same or different and represent a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear,
X is the same or different and represents oxygen,
n is an integer greater than or equal to 10, preferably greater than or equal to 100,
include.

Bevorzugte aromatische oder heteroaromatische Gruppen leiten sich von Benzol, Naphthalin, Biphenyl, Diphenylether, Diphenylmethan, Diphenyldimethylmethan, Bisphenon, Diphenylsulfon, Chinolin, Pyridin, Bipyridin, Pyridazin, Pyrimidin, Pyrazin, Triazin, Tetrazin, Pyrol, Pyrazol, Anthracen, Benzopyrrol, Benzotriazol, Benzooxathiadiazol, Benzooxadiazol, Benzopyrdin, Benzopyrazin, Benzopyrazidin, Benzopyrimidin, Benzopyrazin, Benzotriazin, Indolizin, Chinolizin, Pyridopyridin, Imidazopyrimidin, Pyrazinopyrimidin, Carbazol, Aciridin, Phenazin, Benzochinolin, Phenoxazin, Phenothiazin, Acridizin, Benzopteridin, Phenanthrolin und Phenanthren, die gegebenenfalls auch substituiert sein können, ab.Preferred aromatic or heteroaromatic groups are derived from benzene, naphthalene, biphenyl, diphenyl ether, diphenylmethane, diphenyldimethylmethane, bisphenone, diphenylsulfone, quinoline, pyridine, bipyridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, triazine, tetrazine, pyrol, pyrazole, anthracene, benzopyrrole, benzotriazole, Benzooxathiadiazole, benzooxadiazole, benzopyrdine, benzopyrazine, benzopyrazidine, benzopyrimidine, benzopyrazine, benzotriazine, indolizine, quinolizine, pyridopyridine, imidazopyrimidine, pyrazinopyrimidine, carbazole, aciridine, phenazine, benzoquinoline, phenoxazine, phenothiazine, acridizine, benzopteridine, phenanthroline and phenanthrene, which may also be substituted can be off.

Dabei ist das Substitionsmuster von Ar1, Ar4, Ar6, Ar7, Ar8, Ar9 beliebig, im Falle vom Phenylen beispielsweise kann Ar1, Ar4, Ar6, Ar7, Ar8, Ar9 ortho-, meta- und para-Phenylen sein. Besonders bevorzugte Gruppen leiten sich von Benzol und Biphenylen, die gegebenenfalls auch substituiert sein können, ab. In this case, the substitution pattern of Ar 1 , Ar 4 , Ar 6 , Ar 7 , Ar 8 , Ar 9 is arbitrary, in the case of phenylene, for example, Ar 1 , Ar 4 , Ar 6 , Ar 7 , Ar 8 , Ar 9 ortho, meta- and para-phenylene. Particularly preferred groups are derived from benzene and biphenylene, which may optionally also be substituted.

Bevorzugte Alkylgruppen sind kurzkettige Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Methyl-, Ethyl-, n- oder i-Propyl- und t-Butyl-Gruppen.Preferred alkyl groups are short chain alkyl groups of 1 to 4 carbon atoms, such as. For example, methyl, ethyl, n- or i-propyl and t-butyl groups.

Bevorzugte aromatische Gruppen sind Phenyl- oder Naphthyl-Gruppen. Die Alkylgruppen und die aromatischen Gruppen können substituiert sein.Preferred aromatic groups are phenyl or naphthyl groups. The alkyl groups and the aromatic groups may be substituted.

Bevorzugte Substituenten sind Halogenatome wie z. B. Fluor, Aminogruppen, Hydroxygruppen oder kurzkettige Alkylgruppen wie z. B. Methyl- oder Ethylgruppen.Preferred substituents are halogen atoms such as. As fluorine, amino groups, hydroxy groups or short-chain alkyl groups such as. For example, methyl or ethyl groups.

Bevorzugt sind Polyoxazole mit wiederkehrenden Einheiten der Formel (I) bei denen die Reste X innerhalb einer wiederkehrenden Einheit gleich sind.Preference is given to polyoxazoles having repeating units of the formula (I) in which the radicals X within a repeating unit are identical.

Die Polyoxazole können grundsätzlich auch unterschiedliche wiederkehrende Einheiten aufweisen, die sich beispielsweise in ihrem Rest X unterscheiden. Vorzugsweise jedoch weist es nur gleiche Reste X in einer wiederkehrenden Einheit auf.The polyoxazoles can in principle also have different recurring units which differ, for example, in their radical X. Preferably, however, it has only the same X radicals in a repeating unit.

Weitere bevorzugte Polyoxazol-Polymere sind Polybenzoxazole.Other preferred polyoxazole polymers are polybenzoxazoles.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Polymer enthaltend wiederkehrende Azoleinheiten ein Copolymer oder ein Blend, das mindestens zwei Einheiten der Formel (I) bis (VII) enthält, die sich voneinander unterscheiden. Die Polymere können als Blockcopolymere (Diblock, Triblock), statistische Copolymere, periodische Copolymere und/oder alternierende Polymere vorliegen.In a further embodiment of the present invention, the polymer containing recurring azole units is a copolymer or a blend containing at least two units of the formulas (I) to (VII) which differ from each other. The polymers can be present as block copolymers (diblock, triblock), random copolymers, periodic copolymers and / or alternating polymers.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Polymer enthaltend wiederkehrende Oxazoleinheiten ein Polyoxazol, das nur Einheiten der Formel (I) und/oder (II) enthält.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the polymer containing repeating oxazole units is a polyoxazole containing only units of formula (I) and / or (II).

Die Anzahl der wiederkehrende Oxazoleinheiten im Polymer ist vorzugsweise eine ganze Zahl größer gleich 10. Besonders bevorzugte Polymere enthalten mindestens 100 wiederkehrende Oxazoleinheiten.The number of repeating oxazole units in the polymer is preferably an integer greater than or equal to 10. Particularly preferred polymers contain at least 100 repeating oxazole units.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Polymere enthaltend wiederkehrende Einheiten der nachfolgenden Formeln bevorzugt.

Figure 00100001
wobei n jeweils eine ganze Zahl größer gleich 10, vorzugsweise größer gleich 100 ist.In the context of the present invention, polymers containing recurring units of the following formulas are preferred.
Figure 00100001
where n is an integer greater than or equal to 10, preferably greater than or equal to 100.

Die eingesetzten Polyoxazol, insbesondere jedoch die Polybenzoxazole zeichnen sich durch ein hohes Molekulargewicht aus. Gemessen als Intrinsische Viskosität beträgt diese mindestens 0,2 dl/g, vorzugsweise 0,8 bis 10 dl/g, insbesondere 1 bis 10 dl/g.The polyoxazole used, but especially the Polybenzoxazole are characterized by a high molecular weight. Measured as intrinsic viscosity, this is at least 0.2 dl / g, preferably 0.8 to 10 dl / g, in particular 1 to 10 dl / g.

Die Herstellung von Polyoxazol ist grundsätzlich bekannt, wobei die zugrundeliegenden Monomere in der Schmelze zu einem Präpolymer umgesetzt werden. Das entstehende Präpolymer erstarrt im Reaktor und wird anschließend mechanisch zerkleinert. Das pulverförmige Präpolymer wird üblich in einer Festphasen-Polymerisation bei Temperaturen von bis zu 400°C endpolymerisiert.The preparation of polyoxazole is known in principle, wherein the underlying monomers are reacted in the melt to form a prepolymer. The resulting prepolymer solidifies in the reactor and is then mechanically comminuted. The powdery prepolymer is customarily polymerized in a solid state polymerization at temperatures of up to 400 ° C.

Darüber hinaus ist es bekannt, insbesondere bei der Herstellung von Labormengen, die zugrundeliegenden Monomere in Polyphosphorsäure zu kondensieren und anschließend durch Einbringen in Wasser auszufällen und neutral zu waschen.In addition, it is known, in particular in the production of laboratory quantities, to condense the basic monomers in polyphosphoric acid and then to precipitate them by introducing them into water and to wash them neutrally.

Die vorstehend genannten Polyoxazol-Polymere können einzeln oder als Mischung (Elend) eingesetzt werden. Hierbei sind insbesondere Elends bevorzugt, die Polyazole, wie in der WO 02/088219 , WO 02/081547 , WO 03/022412 beschrieben, und/oder Polysulfone enthalten. Die bevorzugten Blendkomponenten sind dabei Polyethersulfon, Polyetherketon und mit Sulfonsäuregruppen modifizierte Polymere wie in der Patentanmeldung EP-A-1337319 und US 2004/075172 beschrieben. Durch die Verwendung von Elends können die mechanischen Eigenschaften verbessert und die Materialkosten verringert werden.The aforementioned polyoxazole polymers can be used individually or as a mixture (misery). Particular preference is given here to blends which contain polyazoles, as in WO 02/088219 . WO 02/081547 . WO 03/022412 described, and / or polysulfones. The preferred blend components are polyethersulfone, polyetherketone and polymers modified with sulfonic acid groups as in the patent application EP-A-1337319 and US 2004/075172 described. The use of blends improves mechanical properties and reduces material costs.

Insofern die erfindungsgemäßen Polyoxazole, insbesondere die Polybenzoxazole, als Elend eingesetzt werden sollen, werden diese mit den nachfolgend beschriebenen Polymeren, insbesondere jedoch mit Polysulfonen und/oder Polyethersulfon, versetzt bzw. schon bei der Herstellung des Polyoxazols, beispielsweise in Schritt i) zugesetzt (Reaktorblend).Insofar as the polyoxazoles according to the invention, in particular the polybenzoxazoles, are to be used as a miso, they are mixed with the polymers described below, but in particular with polysulfones and / or polyethersulfone or already added in the preparation of the polyoxazole, for example in step i) (reactor blend ).

Zu den bevorzugten Polysulfone gehören insbesondere Polysulfon mit aromatischen und/oder heteroaromatischen Gruppen in der Hauptkette. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen bevorzugte Polysulfone und Polyethersulfone eine Schmelzvolumenrate MVR 300/21,6 kleiner oder gleich 40 cm3/10 min, insbesondere kleiner oder gleich 30 cm3/10 min und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 20 cm3/10 min gemessen nach ISO 1133 auf. Hierbei sind Polysulfone mit einer Vicat-Erweichungstemperatur VST/A/50 von 180°C bis 230°C bevorzugt. In noch einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Zahlenmittel des Molekulargewichts von den Polysulfonen größer als 30.000 g/mol.The preferred polysulfones include in particular polysulfone having aromatic and / or heteroaromatic groups in the main chain. According to a particular aspect of the present invention, preferred polysulfones and polyether sulfones have a melt volume rate MVR 300 / 21.6 smaller or equal to 40 cm 3/10 min, especially less than or equal to 30 cm 3/10 min and particularly preferably less than or equal to 20 cm 3 / Measured after 10 minutes ISO 1133 on. Here, polysulfones having a Vicat softening temperature VST / A / 50 of 180 ° C to 230 ° C are preferred. In still a preferred embodiment of the present invention, the number average molecular weight of the polysulfones is greater than 30,000 g / mol.

Zu den Polymeren auf Basis von Polysulfon gehören insbesondere Polymere, welche wiederkehrende Einheiten mit verknüpfenden Sulfon-Gruppen entsprechend den Allgemeinen Formeln A, B, C, D, E, F und/oder G aufweisen:

Figure 00120001
worin die Reste R unabhängig voneinander gleich oder verschieden eine aromatische oder heteroaromatische Gruppen darstellen, wobei diese Reste zuvor näher erläutert wurden. Hierzu gehören insbesondere 1,2-Phenylen, 1,3-Phenylen, 1,4-Phenylen, 4,4'-Biphenyl, Pyridin, Chinolin, Naphthalin, Phenanthren.The polymers based on polysulfone include, in particular, polymers which have recurring units with linking sulfone groups corresponding to the general formulas A, B, C, D, E, F and / or G:
Figure 00120001
wherein the radicals R, independently of one another or different, represent an aromatic or heteroaromatic group, these radicals having been explained in more detail above. These include in particular 1,2-phenylene, 1,3-phenylene, 1,4-phenylene, 4,4'-biphenyl, pyridine, quinoline, naphthalene, phenanthrene.

Zu den im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugten Polysulfone gehören Homo- und Copolymere, beispielsweise statistische Copolymere. Besonders bevorzugte Polysulfone umfassen wiederkehrende Einheiten der Formeln H bis N:

Figure 00130001
Preferred polysulfones for the purposes of the present invention include homopolymers and copolymers, for example random copolymers. Particularly preferred polysulfones comprise recurring units of the formulas H to N:
Figure 00130001

Die zuvor beschriebenen Polysulfone können unter den Handelsnamen ®Victrex 200 P, ®Victrex 720 P, ®Ultrason E, ®Ultrason S, ®Mindel, ®Radel A, ®Radel R, ®Victrex HTA, ®Astrel und ®Udel kommerziell erhalten werden.The above-described polysulfones can 720 P, ® Ultrason E, ® Ultrason S, ® Mindel, ® Radel A, ® Radel R, ® Victrex HTA, ® Astrel and ® Udel be obtained commercially under the trade names ® Victrex 200 P, ® Victrex.

Darüber hinaus sind Polyetherketone, Polyetherketonketone, Polyetheretherketone, Polyetheretherketonketone und Polyarylketone besonders bevorzugt. Diese Hochleistungspolymere sind an sich bekannt und können unter den Handelsnamen Victrex® PEEKTM, ®Hostatec, ®Kadel kommerziell erhalten werden.In addition, polyether ketones, polyether ketone ketones, polyether ether ketones, polyether ether ketone ketones and polyaryl ketones are particularly preferred. These high-performance polymers are known per se and can be obtained commercially under the trade names Victrex ® PEEK ™, ® Hostatec, ® Kadel.

Weitere geeigente Blendmaterialien sind die in WO 02/088219 , WO 02/081547 , WO 03/022412 beschriebenen Polyazole. Diese können durch Zugabe der korrespondierenden Monomeren in die Mischung gemäß Schritt i) in Polyphosphorsäure erzeugt werden. Hierzu werden die Monomeren für das Blendmaterial Polyazol in Mengen von bis zu 100 Mol-% bezogen auf die Monomeren für das Polyoxazol eingesetzt, so dass maximal 50 Mol-% Polyazol im Blend vorliegen und die verbleibenden 50 Mol-% Polyoxazol sind. Die untere Grenze unterliegt keiner Einschränkung, wobei jedoch 5 bis 10 Mol-% Monomere des Polyazols bezogen auf die Monomeren für das Polyoxazol bevorzugt sind. Unterhalb dieser Mengen sind die Beiträge des Blendmaterials Polyazol sehr begrenzt. Durch Zusatz von Polyazolen lassen sich die hervorragenden Anwendungseigenschaften von Polyoxazole noch verbessern.Other suitable glare materials are the in WO 02/088219 . WO 02/081547 . WO 03/022412 described polyazoles. These can be produced by adding the corresponding monomers in the mixture according to step i) in polyphosphoric acid. For this purpose, the monomers are used for the blend material polyazole in amounts of up to 100 mol% based on the monomers for the polyoxazole, so that a maximum of 50 mol% polyazole are present in the blend and the remaining 50 mol% polyoxazole. The lower limit is not limited, but 5 to 10 mol% of monomers of the polyazole based on the monomers are preferred for the polyoxazole. Below these levels, the contributions of the blend polyazole are very limited. By adding polyazoles, the excellent application properties of polyoxazoles can be improved.

Das Erwärmen der Mischung in Schritt ii) erfolgt im Temperaturbereich von 120 bis 300°C. Hierbei ist es von Vorteil die Temperatur stufenweise, vorzugsweise in Intervallen von 20–30°C zu erhöhen. Die Dauer der Erwärmung beträgt üblicherweise zwischen 2 und 100 Stunden, vorzugsweise zwischen 5 und 80 Stunden The heating of the mixture in step ii) takes place in the temperature range from 120 to 300 ° C. In this case, it is advantageous to increase the temperature gradually, preferably at intervals of 20-30 ° C. The duration of the heating is usually between 2 and 100 hours, preferably between 5 and 80 hours

Die Schichtbildung gemäß Schritt iii) erfolgt mittels an sich bekannter Maßnahmen (Gießen, Sprühen, Rakeln) die aus dem Stand der Technik zur Polymerfilm-Herstellung bekannt sind. Als Träger sind alle unter den Bedingungen als inert zu bezeichnenden Träger geeignet. Zur Einstellung der Viskosität kann die Lösung gegebenenfalls mit Phosphorsäure (konz. Phosphorsäure, 85%) versetzt werden. Hierdurch kann die Viskosität auf den gewünschten Wert eingestellt und die Bildung der Membran erleichtert werden.The layer formation according to step iii) takes place by means of measures known per se (casting, spraying, doctoring) which are known from the prior art for polymer film production. Suitable carriers are all suitable carriers under the conditions as inert. To adjust the viscosity, the solution may optionally be treated with phosphoric acid (concentrated phosphoric acid, 85%). This allows the viscosity to be adjusted to the desired value and the formation of the membrane can be facilitated.

Die gemäß Schritt iii) erzeugte Schicht hat eine Dicke zwischen 20 und 4000 μm, vorzugsweise zwischen 30 und 3500 μm, insbesondere zwischen 50 und 3000 μm.The layer produced according to step iii) has a thickness between 20 and 4000 μm, preferably between 30 and 3500 μm, in particular between 50 and 3000 μm.

In einer Variante des Verfahrens kann durch Erwärmen gemäß Schritt ii) auch nach der Bildung der Schicht gemäß Schritt iii) erfolgen. Diese Dünschichtpolymerisation erfolgt grundsätzlich im Temperaturbereich von 120 bis 300°C, wobei jedoch kurzeitig auch höhere Temperaturen einwirken können. Anstelle einer rein thermischen Erwärmung kann auch eine energiereiche elektromagnetische Strahung, z. B. IR und/oder NIR-Strahlung, mikrowellen und ähnliches, eingesetzt werden. Darüber hinaus kann auch erst eine Erwärmung, z. B. im unteren Temperaturbereich erfolgen und anschließend eine weitere Erwärmung in Form der besagten Schicht.In a variant of the method can be carried out by heating according to step ii) even after the formation of the layer according to step iii). This Dünschichtpolymerisation takes place basically in the temperature range of 120 to 300 ° C, but can also act for a short time higher temperatures. Instead of a purely thermal heating and a high-energy electromagnetic radiation, z. As IR and / or NIR radiation, microwaves and the like, are used. In addition, only a warming, z. B. in the lower temperature range and then further heating in the form of said layer.

In einer Variante der vorliegenden Erfindung kann die Membranbildung anstelle auf einem Träger auch direkt auf der Elektrode erfolgen. Die zumindest partielle Hydrolyse gemäß Schritt iv) kann hierdurch entsprechend verkürzt werden, da die Membran nicht mehr selbsttragend sein muß. Auch eine solche Membran ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.In a variant of the present invention, the membrane formation can also take place directly on the electrode instead of on a support. The at least partial hydrolysis in step iv) can be shortened accordingly, since the membrane no longer has to be self-supporting. Such a membrane is also the subject of the present invention.

Die zumindest partielle Hydrolyse der noch vorhandenen Polyphosphorsäure in Schritt iv) erfolgt dergestallt, dass die auf dem Träger befindliche Membran mit Wasser und/oder einem wasserhaltigen Medium in Kontakt gebracht wird.The at least partial hydrolysis of the remaining polyphosphoric acid in step iv) takes place in such a way that the membrane located on the support is brought into contact with water and / or an aqueous medium.

Die Hydrolyse erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen oberhalb 0°C und kleiner 200°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 10°C und 120°C, insbesondere. zwischen Raumtemperatur (20°C) und 90°C. Als wasserhaltiges Medium ist Wasser und/oder Wasserdampf und/oder wasserenthaltende Phosphorsäure von bis zu 85% geeignet. Die Hydrolyse erfolgt vorzugsweise unter Normaldruck, kann aber auch unter Einwirkung von Druck erfolgen. Wesentlich ist, daß die Behandlung in Gegenwart von ausreichender Feuchtigkeit geschieht, wodurch die anwesende Polyphosphorsäure zumindest partiell hydrolysiert wird. Hierbei bilden sich u. a. niedermolekularer Polyphosphorsäure und/oder Phosphorsäure aus, die zur Verfestigung der Membran beitragen. Insofern die Umgebungsluft eine ausreichende Luftfeuchtigkeit aufweist, z. B. min. 30% relative Feuchte, kann die Hydrolyse auch durch die Umgebungsluft erfolgen.The hydrolysis is preferably carried out at temperatures above 0 ° C and below 200 ° C, preferably at temperatures between 10 ° C and 120 ° C, in particular. between room temperature (20 ° C) and 90 ° C. Water-containing medium is water and / or water vapor and / or water-containing phosphoric acid of up to 85%. The hydrolysis is preferably carried out under normal pressure, but can also be effected under the action of pressure. It is essential that the treatment is carried out in the presence of sufficient moisture, whereby the present polyphosphoric acid is at least partially hydrolyzed. This form u. a. low molecular weight polyphosphoric acid and / or phosphoric acid, which contribute to the solidification of the membrane. Insofar as the ambient air has sufficient humidity, z. Min. 30% relative humidity, the hydrolysis can also be carried out by the ambient air.

Neben der partiellen Hydrolyse ist auch eine vollständige Hydrolyse der vorhandenen Polyphosphorsäure möglich.In addition to the partial hydrolysis, a complete hydrolysis of the existing polyphosphoric acid is possible.

Die partielle Hydrolyse der Polyphosphorsäure in Schritt iv) führt zu einer Verfestigung der Membran und zu einer Abnahme der Schichtdicke und Ausbildung einer Membran mit einer Dicke zwischen 15 und 3000 μm, vorzugsweise zwischen 20 und 2000 μm, insbesondere zwischen 20 und 1500 μm, die selbsttragend ist.The partial hydrolysis of the polyphosphoric acid in step iv) leads to a solidification of the membrane and a decrease in the layer thickness and formation of a membrane having a thickness between 15 and 3000 .mu.m, preferably between 20 and 2000 .mu.m, in particular between 20 and 1500 .mu.m, the self-supporting is.

Die in der Polyphosphorsäureschicht gemäß Schritt iii) vorliegenden intra- und intermolekularen Strukturen (Interpenetrierende Netzwerke IPN) führen in Schritt iv) zu einer geordneten Membranbildung, welche für die besonderen Eigenschaften der gebildeten Membran verantwortlich zeichnet.The intra- and intermolecular structures (interpenetrating networks IPN) present in the polyphosphoric acid layer according to step iii) lead to an orderly membrane formation in step iv), which is responsible for the particular properties of the membrane formed.

Die zumindest partielle Hydrolyse in Schritt iv) bewirkt einen Sol-Gel Übergang und führt zu einer gummiartigen Membran, bei der das Polybenzoxazol wie ein Superabsober für die Polyphosphor-/Phosphorsäure wirkt. Die erfindungsgemäßen Membranen weisen einen hohen Gehalt an Phosphorsäure auf und sind nicht mit nachträglich dotierten Membranen vergleichbar.The at least partial hydrolysis in step iv) causes a sol-gel transition and results in a rubbery membrane in which the polybenzoxazole acts as a superabsorbent for the polyphosphoric / phosphoric acid. The membranes of the invention have a high content of phosphoric acid and are not comparable with subsequently doped membranes.

Die zumindest partielle Hydrolyse (Schritt iv) kann auch in Klimakammern erfolgen bei der unter definierter Feuchtigkeitseinwirkung die Hydrolyse gezielt gesteuert werden kann. Hierbei kann die Feuchtigkeit durch die Temperatur bzw. Sättigung der kontaktierenden Umgebung beispielsweise Gase wie Luft, Stickstoff, Kohlendioxid oder andere geeignete Gase, oder Wasserdampf gezielt eingestellt werden. Die Behandlungsdauer ist abhängig von den vorstehend gewählten Parametern.The at least partial hydrolysis (step iv) can also be carried out in climatic chambers in which the hydrolysis can be controlled in a controlled manner under defined action of moisture. In this case, the moisture due to the temperature or saturation of the contacting environment, for example, gases such as air, nitrogen, Carbon dioxide or other suitable gases, or steam can be adjusted specifically. The duration of treatment depends on the parameters selected above.

Weiterhin ist die Behandlungsdauer von der Dicke der Membran abhängig.Furthermore, the duration of treatment depends on the thickness of the membrane.

In der Regel beträgt die Behandlungsdauer zwischen wenigen Sekunden bis Minuten, beispielsweise unter Einwirkung von überhitztem Wasserdampf, oder bis hin zu ganzen Tagen, beispielsweise an der Luft bei Raumtemperatur und geringer relativer Luftfeuchtigkeit. Bevorzugt beträgt die Behandlungsdauer zwischen 10 Sekunden und 300 Stunden, insbesondere 1 Minute bis 200 Stunden.In general, the treatment time is between a few seconds to minutes, for example under the action of superheated steam, or up to full days, for example in air at room temperature and low relative humidity. The treatment time is preferably between 10 seconds and 300 hours, in particular 1 minute to 200 hours.

Wird die zumindest partielle Hydrolyse bei Raumtemperatur (20°C) mit Umgebungsluft einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40–80% durchgeführt beträgt die Behandlungsdauer zwischen 1 und 200 Stunden.If the at least partial hydrolysis is carried out at room temperature (20 ° C.) with ambient air having a relative atmospheric humidity of 40-80%, the treatment duration is between 1 and 200 hours.

Die gemäß Schritt iv) erhaltene Membran kann selbsttragend ausgebildet werden, d. h. sie kann vom Träger ohne Beschädigung gelöst und anschließend gegebenenfalls direkt weiterverarbeitet werden.The membrane obtained according to step iv) can be formed self-supporting, d. H. It can be detached from the carrier without damage and then optionally further processed directly.

Über den Grad der Hydrolyse, d. h. die Dauer, Temperatur und Umgebungsfeuchtigkeit, ist die Konzentration an Phosphorsäure und damit die Leitfähigkeit der erfindungsgemäßen Polymermembran einstellbar.About the degree of hydrolysis, d. H. the duration, temperature and ambient humidity, the concentration of phosphoric acid and thus the conductivity of the polymer membrane according to the invention is adjustable.

Die zumindest partielle Hydrolyse kann auch in einer wasserhaltigen Flüssigkeit erfolgen, wobei diese Flüssigkeit auch suspendierte und/oder dispergierte Bestandteile enthalten kann.The at least partial hydrolysis can also be carried out in a water-containing liquid, which liquid may also contain suspended and / or dispersed constituents.

Die Viskosität der Hydrolyseflüssigkeit kann in weiten Bereichen liegen, wobei zur Einstellung der Viskosität eine Zugabe von Lösungsmitteln oder eine Temperaturerhöhung erfolgen kann. Vorzugsweise liegt die dynamische Viskosität im Bereich von 0,1 bis 10000 mPa·s, insbesondere 0,2 bis 2000 mPa·s, wobei diese Werte beispielsweise gemäß DIN 53015 gemessen werden können.The viscosity of the hydrolysis liquid can be within wide ranges, wherein for adjusting the viscosity, an addition of solvents or a temperature increase can take place. Preferably, the dynamic viscosity is in the range of 0.1 to 10,000 mPa · s, in particular 0.2 to 2000 mPa · s, these values being, for example, according to DIN 53015 can be measured.

Die zumindest partielle Hydrolyse gemäß Schritt iv) kann mit jeder bekannten Methode erfolgen. Beispielsweise kann die in Schritt iii) erhaltene Membran in ein Flüssigkeitsbad getaucht werden. Des Weiteren kann die Hydrolyseflüssigkeit auf die Membran gesprüht werden. Weiterhin kann die Hydrolyseflüssigkeit über die Membran gegossen werden. Die letzteren Methoden haben den Vorteil, dass die Konzentration an Säure in der Hydrolyseflüssigkeit während der Hydrolyse konstant bleibt. Das erste Verfahren ist jedoch häufig kostengünstiger in der Ausführung.The at least partial hydrolysis according to step iv) can be carried out by any known method. For example, the membrane obtained in step iii) can be immersed in a liquid bath. Furthermore, the hydrolysis liquid can be sprayed on the membrane. Furthermore, the hydrolysis liquid can be poured over the membrane. The latter methods have the advantage that the concentration of acid in the hydrolysis fluid remains constant during the hydrolysis. However, the first method is often less expensive to implement.

Die Hydrolysflüssigkeit umfasst wasserhaltige Mischungen aus Sauerstoffsäuren des Phosphors und/oder Schwefels, insbesondere Phosphinsäure, Phosphonsäure, Phosphorsäure, Hypodiphosphonsäure Hypodiphosphorsäure, Oligophosphorsäuren, schwefelige Säure, dischwefelige Säure und/oder Schwefelsäure. Diese Säuren können einzeln oder als Mischung eingesetzt werden.The hydrolysis liquid comprises water-containing mixtures of oxygen acids of phosphorus and / or sulfur, in particular phosphinic acid, phosphonic acid, phosphoric acid, hypodiphosphonic acid hypodiphosphoric acid, oligophosphoric acids, sulfurous acid, disulfurous acid and / or sulfuric acid. These acids can be used individually or as a mixture.

Die Hydrolyseflüssigkeit umfasst Wasser, wobei die Konzentration des Wassers im Allgemeinen nicht besonders kritisch ist. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Hydrolyseflüssigkeit 5 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 70 Gew.-% und besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-% Wasser. Die Wassermenge, die in den Sauerstoffsäuren formal enthalten ist, wird bei dem Wassergehalt der Hydrolyseflüssigkeit nicht berücksichtigt.The hydrolysis liquid comprises water, the concentration of the water generally not being particularly critical. According to a particular aspect of the present invention, the hydrolysis liquid comprises 5 to 80 wt .-%, preferably 8 to 70 wt .-% and particularly preferably 10 to 50 wt .-% water. The amount of water that is formally contained in the oxygen acids is not taken into account in the water content of the hydrolysis liquid.

Von den zuvor genannten Säuren sind Phosphorsäure und/oder Schwefelsäure besonders bevorzugt, wobei diese Säuren insbesondere 5 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt 15 bis 50 Gew.-% Wasser umfassen.Of the aforementioned acids, phosphoric acid and / or sulfuric acid are particularly preferred, these acids in particular comprising 5 to 70 wt .-%, preferably 10 to 60 wt .-% and particularly preferably 15 to 50 wt .-% water.

Erfindungsgemäß wird die Konzentration der Phosphorsäure als Mol Säure pro Mol Wiederholungseinheit des Polymers angegeben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine Konzentration (Mol Phosporsäure bezogen auf eine Wiederholeinheit der Formel C18H10N2O2, d. h. Polybenzoxazol) zwischen 10 und 50, bevorzugt zwischen 13 und 40, insbesondere zwischen 15 und 35 Mol geeignet. Derartig hohe Dotierungsgrade (Konzentrationen) sind durch nachträgliches Dotieren von Polymerfolien nicht zugänglich.According to the invention, the concentration of phosphoric acid is given as mol of acid per mole of repeat unit of the polymer. In the context of the present invention, a concentration (moles of phosphoric acid relative to a repeat unit of the formula C 18 H 10 N 2 O 2 , ie polybenzoxazole) of between 10 and 50, preferably between 13 and 40, in particular between 15 and 35 moles is suitable. Such high doping levels (concentrations) are not accessible by subsequent doping of polymer films.

Die erfindungsgemäßen Membranen enthalten vorzugsweise zwischen 2 und 15 Gew.-% an Polyoxazolen und zwischen 40 und 70 Gew.-% an Phosphorsäure, wobei die restliche Menge Wasser ist. Besonders bevorzugt sind Polyoxazolgehalte von 5 bis 10 Gew.-% und Anteile an Phosphorsäure von 50 bis 60 Gew.-%, wobei die restliche Menge Wasser ist.The membranes of the invention preferably contain between 2 and 15% by weight of polyoxazoles and between 40 and 70% by weight of phosphoric acid, the remainder being water. Particular preference is given to polyoxazole contents of from 5 to 10% by weight and contents of phosphoric acid of from 50 to 60% by weight, the remainder being water.

Im Anschluß an die Hydrolyse gemäß Schritt iv) bzw. nach dem Ablösen gemäß Schritt v) kann die Membran durch Einwirken von Hitze in Gegenwart von Luftsauerstoff an der Oberfläche noch behandelt werden. Diese Härtung der Membranoberfläche verbessert die Eigenschaften der Membran zusätzlich. Following the hydrolysis according to step iv) or after the detachment according to step v), the membrane can still be treated by the action of heat in the presence of atmospheric oxygen on the surface. This hardening of the membrane surface additionally improves the properties of the membrane.

Diese Behandlung kann auch durch Einwirken von IR bzw. NIR (IR = InfraRot, d. h. Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 700 nm; NIR = Nahes IR, d. h. Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 700 bis 2000 nm bzw. einer Energie im Bereich von ca. 0.6 bis 1.75 eV) erfolgen. Eine weitere Methode ist die Bestrahlung mit β-Strahlen. Die Strahlungsdosis beträgt hierbei zwischen 5 und 200 kGy.This treatment may also be effected by the action of IR or IR (infra red, ie light with a wavelength of more than 700 nm; NIR = near infrared, ie light with a wavelength in the range of approximately 700 to 2000 nm or energy in the range of about 0.6 to 1.75 eV). Another method is irradiation with β-rays. The radiation dose is between 5 and 200 kGy.

Die erfindungsgemäße Polymermembran weist verbesserte Materialeigenschaften gegenüber den bisher bekannten Polymermembranen auf.The polymer membrane according to the invention has improved material properties compared to the previously known polymer membranes.

Die erfindungsgemäßen Membranen besitzen eine gute Protonenleitfähigkeit. Diese beträgt bei Temperaturen von 160°C mindestens 0,1 S/cm, vorzugsweise mindestens 0,105 S/cm. Die Protonenleitfähigkeit wird ohne zusätzliche Befeuchtung der benötigen Gase bestimmt.The membranes according to the invention have good proton conductivity. This is at temperatures of 160 ° C at least 0.1 S / cm, preferably at least 0.105 S / cm. The proton conductivity is determined without additional humidification of the required gases.

Zur weiteren Verbesserung der anwendungstechnischen Eigenschaften können der Membran zusätzlich noch Füllstoffe, insbesondere protonenleitende Füllstoffe, sowie zusätzliche Säuren zugesetzt werden. Die Zugabe kann entweder bei Schritt i) erfolgen oder nach der Polymerisation.To further improve the performance properties of the membrane may also be added fillers, in particular proton-conductive fillers, and additional acids. The addition can be made either in step i) or after the polymerization.

Nicht limitierende Beispiele für Protonenleitende Füllstoffe sind Sulfate wie: CsHSO4, Fe(SO4)2, (NH4)3H(SO4)2, LiHSO4, NaHSO4, KHSO4, RbSO4, LiN2H5SO4, NH4HSO4, Phosphate wie Zr3(PO4)4, Zr(HPO4)2, HZr2(PO4)3, UO2PO4·3H2O, H8UO2PO4, Ce(HPO4)2, Ti(HPO4)2, KH2PO4, NaH2PO4, LiH2PO4, NH4H2PO4, CsH2PO4, CaHPO4, MgHPO4, HSbP2O8, HSb3P2O14, H5Sb5P2O20, Polysäure wie H3PW12O40·nH2O (n = 21–29), H3SiW12O40·nH2O (n = 21-29), HxWO3, HSbWO6, H3PMo12O40, H2Sb4O11, HTaWO6, HNbO3, HTiNbO5, HTiTaO5, HSbTeO6, H5Ti4O9, HSbO3, H2MoO4 Selenite und Arsenide wie (NH4)3H(SeO4)2, UO2AsO4, (NH4)3H(SeO4)2, KH2AsO4, Cs3H(SeO4)2, Rb3H(SeO4)2, Oxide wie Al2O3, Sb2O5, ThO2, SnO2, ZrO2, MoO3 Silikate wie Zeolithe, Zeolithe(NH4+), Schichtsilikate, Gerüstsilikate, H-Natrolite, H-Mordenite, NH4-Analcine, NH4-Sodalite, NH4-Gallate, H-Montmorillonite Säuren wie HClO4, SbF5 Füllstoffe wie Carbide, insbesondere SiC, Si3N4, Fasern, insbesondere Glasfasern, Glaspulvern und/oder Polymerfasern, bevorzugt auf Basis von Polyazolen. Non-limiting examples of proton-conductive fillers are Sulfates like: CsHSO 4 , Fe (SO 4 ) 2 , (NH 4 ) 3 H (SO 4 ) 2 , LiHSO 4 , NaHSO 4 , KHSO 4 , RbSO 4 , LiN 2 H 5 SO 4 , NH 4 HSO 4 , Phosphates like Zr 3 (PO 4 ) 4 , Zr (HPO 4 ) 2 , HZr 2 (PO 4 ) 3 , UO 2 PO 4 .3H 2 O, H 8 UO 2 PO 4 , Ce (HPO 4 ) 2 , Ti (HPO 4 ) 2 , KH 2 PO 4 , NaH 2 PO 4 , LiH 2 PO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , CsH 2 PO 4 , CaHPO 4 , MgHPO 4 , HSbP 2 O 8 , HSb 3 P 2 O 14 , H 5 Sb 5 P 2 O 20 , Like polyacid H 3 PW 12 O 40 · nH 2 O (n = 21-29), H 3 SiW 12 O 40 · nH 2 O (n = 21-29), H x WO 3 , HSbWO 6 , H 3 PMo 12 O 40 , H 2 Sb 4 O 11 , HTaWO 6 , HNbO 3 , HTiNbO 5 , HTiTaO 5 , HSbTeO 6 , H 5 Ti 4 O 9 , HSbO 3 , H 2 MoO 4 Selenites and arsenides like (NH 4 ) 3 H (SeO 4 ) 2 , UO 2 AsO 4 , (NH 4 ) 3 H (SeO 4 ) 2 , KH 2 AsO 4 , Cs 3 H (SeO 4 ) 2 , Rb 3 H (SeO 4 ) 2 , Oxides like Al 2 O 3 , Sb 2 O 5 , ThO 2 , SnO 2 , ZrO 2 , MoO 3 Silicates like Zeolites, zeolites (NH 4 +), phyllosilicates, framework silicates, H-natrolites, H-mordenites, NH 4 -alcines, NH 4 -sodalites, NH 4 -gallates, H-montmorillonites Acids like HClO 4 , SbF 5 Fillers like Carbides, in particular SiC, Si 3 N 4 , fibers, in particular glass fibers, glass powders and / or polymer fibers, preferably based on polyazoles.

Als Weiteres kann diese Membran auch perfluorierte Sulfonsäure Additive (0,1–20 wt%, bevorzugt 0,2–15 wt%, ganz bevorzugt 0,2–10 wt%) enthalten. Diese Additive führen zur Leistungsverbesserung, in der Nähe der Kathode zur Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit und Sauerstoffdiffusion und zur Verringerung der Adsorbtion von Phosphorsäure und Phosphat zu Platin. ( Electrolyte additives for phosphoric acid fuel cells. Gang, Xiao; Hjuler, H. A.; Olsen, C.; Berg, R. W.; Bjerrum, N. J. Chem. Dep. A, Tech. Univ. Denmark, Lyngby, Den. J. Electrochem. Soc. (1993), 140(4), 896–902 und Perfluorosulfonimide as an additive in phosphoric acid fuel cell. Razaq, M.; Razaq, A.; Yeager, E.; DesMarteau, Darryl D.; Singh, S. Case Cent. Electrochem. Sci., Case West. Reserve Univ., Cleveland, OH, USA. J. Electrochem. Soc. (1989), 136(2), 385–90 .).In addition, this membrane may also contain perfluorinated sulfonic acid additives (0.1-20 wt%, preferably 0.2-15 wt%, very preferably 0.2-10 wt%). These additives improve performance near the cathode to increase oxygen solubility and oxygen diffusion and reduce the adsorption of phosphoric acid and phosphate to platinum. ( Electrolyte additives for phosphoric acid fuel cells. Gang, Xiao; Hjuler, HA; Olsen, C .; Mountain, RW; Bjerrum, NJ Chem. Dep. A, tech. Univ. Denmark, Lyngby, Den. J. Electrochem. Soc. (1993), 140 (4), 896-902 and Perfluorosulfonimide as an additive in phosphoric acid fuel cell. Razaq, M .; Razaq, A .; Yeager, E .; DesMarteau, Darryl D .; Singh, S. Case Cent. Electrochem. Sci., Case West. Reserve Univ., Cleveland, OH, USA. J. Electrochem. Soc. (1989), 136 (2), 385-90 .).

Nicht limitierende Beispiele für perfluorierte sulfonierte Additive sind:
Trifluomethansulfonsäure, Kaliumtrifluormethansulfonat,
Natriumtrifluormethansulfonat, Lithiumtrifluormethansulfonat,
Ammoniumtrifluormethansulfonat, Kaliumperfluorohexansulfonat,
Natriumperfluorohexansulfonat, Lithiumperfluorohexansulfonat,
Ammoniumperfluorohexansulfonat, Perfluorohexansulfonsäure,
Kaliumnonafluorbutansulfonat, Natriumnonafluorbutansulfonat,
Lithiumnonafluorbutansulfonat, Ammoniumnonafluorbutansulfonat,
Cäsiumnonafluorbutansulfonat, Triethylammoniumperfluorohexasulfonat,
Perflurosulfoimide und Nafion.
Non-limiting examples of perfluorinated sulfonated additives are:
Trifluoromethanesulfonic acid, potassium trifluoromethanesulfonate,
Sodium trifluoromethanesulfonate, lithium trifluoromethanesulfonate,
Ammonium trifluoromethanesulfonate, potassium perfluorohexanesulfonate,
Sodium perfluorohexanesulfonate, lithium perfluorohexanesulfonate,
Ammonium perfluorohexanesulfonate, perfluorohexanesulfonic acid,
Potassium nonafluorobutanesulfonate, sodium nonafluorobutanesulfonate,
Lithium nonafluorobutanesulfonate, ammonium nonafluorobutanesulfonate,
Cesium nonafluorobutanesulfonate, triethylammonium perfluorohexasulfonate,
Perflurosulfoimides and Nafion.

Als weiteres kann die Membran auch Additive enthalten, die die im Betrieb bei der Sauerstoffreduktion erzeugten Peroxidradikale abfangen (primäre Anitoxidanzien) oder zerstören (sekundäre Antioxidanzien) und dadurch wie in JP 2001118591 A2 beschrieben Lebensdauer und Stabilität der Membran und Membranelektrodeneinheit verbessern. Die Funktionsweise und molekularen Strukturen solcher Additive sind in F. Gugumus in Plastics Additives, Hanser Verlag, 1990 ; N. S. Allen, M. Edge Fundamentals of Polymer Degradation and Stability, Elsevier, 1992 ; oder H. Zweifel, Stabilization of Polymeric Materials, Springer, 1998 beschrieben.Further, the membrane may also contain additives which trap (primary antioxidants) or destroy (secondary antioxidants) the peroxide radicals produced during oxygen reduction operation, and thereby as in US Pat JP 2001118591 A2 described life and stability of the membrane and membrane electrode unit improve. The functionality and molecular structures of such additives are in F. Gugumus in Plastics Additives, Hanser Verlag, 1990 ; NS Allen, M. Edge Fundamentals of Polymer Degradation and Stability, Elsevier, 1992 ; or H. Zweifel, Stabilization of Polymeric Materials, Springer, 1998 described.

Nicht limitierende Beispiele für solche Additive sind:
Bis(trifluormethyl)nitroxid, 2,2-Diphenyl-1-pikrinylhydrazyl, Phenole, Alkylphenole, sterisch gehinderte Alkylphenole wie zum Beispiel Irganox, aromatische Amine, sterisch gehinderte Amine wie zum Beispiel Chimassorb; sterisch gehinderte Hydroxylamine, sterisch gehinderte Alkylamine, sterisch gehinderte Hydroxylamine, sterisch gehinderte Hydroxylaminether, Phosphite wie zum Beispiel Irgafos, Nitrosobenzol, Methyl-2-nitroso-propan, Benzophenon, Benzaldehyd-tert.-butylnitron, Cysteamin, Melanine, Bleioxide, Manganoxide, Nickeloxide, Cobaltoxide.
Non-limiting examples of such additives are:
Bis (trifluoromethyl) nitroxide, 2,2-diphenyl-1-picrinylhydrazole, phenols, alkylphenols, hindered alkylphenols such as Irganox, aromatic amines, sterically hindered amines such as Chimassorb; sterically hindered hydroxylamines, sterically hindered alkylamines, sterically hindered hydroxylamines, sterically hindered hydroxylamine ethers, phosphites such as irgafos, nitrosobenzene, methyl-2-nitroso-propane, benzophenone, benzaldehyde-tert-butylnitrone, cysteamine, melanines, lead oxides, manganese oxides, nickel oxides , Cobalt oxides.

Die erfindungsgemäße Polymermembran weisen zusätzliche verbesserte Materialeigenschaften gegenüber den bisher bekannten Polymermembranen auf Basis von Polyazolen auf. So zeigen die erfindungsgemäßen Membranen auf Basis von Polyoxazolen eine verbesserte Kompressionsbeständigkeit. Diese verbesserte Kompressionsbeständigkeit bewirkt eine verbesserte, Langzeitstabilität bei gleichbleibender bzw. nahezu gleichbleibender elektrochemischer Leistungsfähigkeit.The polymer membrane of the invention have additional improved material properties compared to the previously known polymer membranes based on polyazoles. Thus, the membranes of the invention based on polyoxazoles show improved compression resistance. This improved compression resistance results in improved, long-term stability with constant or nearly constant electrochemical performance.

Die erfindungsgemäßen Polyazolmembranen weisen bei Betriebstemperaturen der Membran-Elektroden-Einheiten von über 100°C, bevorzugt von 180–200°C gegenüber Polybenzimidazolmembranen eine um den Faktor 2 verbesserte Kompressionsbeständigkeit auf. Diese wird in einer dem Fachmann bekannten externen Prüfzelle durch die Messung der Dickenabnahme einer Membranprobe innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters unter Einwirkung eines profilierten Prüfkörpers bei den relevanten Betriebstemperaturen ermittelt.The polyazole membranes according to the invention have a compression resistance which is improved by a factor of 2 compared with polybenzimidazole membranes at operating temperatures of the membrane-electrode units of more than 100 ° C., preferably 180-200 ° C. This is determined in a known to the expert external test cell by measuring the decrease in thickness of a membrane sample within a predetermined time window under the action of a profiled test specimen at the relevant operating temperatures.

Gemäß einer Abwandlung kann die Herstellung der erfindungsgemäßen Membran auf Basis von Polyoxazolen auch durch ein Verfahren erfolgen umfassend die Schritte

  • 1) Umsetzung einer Mischung von (a) einem oder mehreren aromatischen Di-Amino-Di-Hydroxy-Verbindungen und (b) einer oder mehreren aromatischen Carbonsäuren bzw. deren Estern, die mindestens zwei Säuregruppen pro Carbonsäure-Monomer enthalten, oder einer Mischung von einer oder mehreren aromatischen und/oder heteroaromatischen Amino-hydroxy-carbonsäuren in der Schmelze bei Temperaturen von bis zu 350°C, vorzugsweise bis zu 300°C,
  • 2) Lösen des gemäß Schritt 1) erhaltenen festen Prä-Polymeren in Polyphosphorsäure,
  • 3) Erwärmen der Lösung erhältlich gemäß Schritt 2), vorzugsweise unter Inertgas, auf Temperaturen im Bereich von 120°C und bis zu 300°C unter Ausbildung des Polybenzoxazol-Polymeren,
  • 4) Bilden einer Membran unter Verwendung der Lösung des Polybenzoxazol – Polymeren gemäß Schritt 3) auf einem Träger,
  • 5) zumindest partielle Hydrolyse der in der Schicht aus Schritt (iii) vorhandenen Polyphosphorsäure durch in Kontaktbringen mit Wasser und/oder wasserhaltigen Medien,
  • 6) Ablösen der gebildeten selbsttragenden Membran vom Träger.
According to a modification, the preparation of the membrane based on polyoxazoles according to the invention can also be carried out by a process comprising the steps
  • 1) reacting a mixture of (a) one or more aromatic di-amino-di-hydroxy compounds and (b) one or more aromatic carboxylic acids or their esters containing at least two acid groups per carboxylic acid monomer, or a mixture of one or more aromatic and / or heteroaromatic amino-hydroxy-carboxylic acids in the melt at temperatures of up to 350 ° C, preferably up to 300 ° C,
  • 2) dissolving the solid prepolymer obtained in step 1) in polyphosphoric acid,
  • 3) heating the solution obtainable according to step 2), preferably under inert gas, to temperatures in the range of 120 ° C. and up to 300 ° C. to form the polybenzoxazole polymer,
  • 4) forming a membrane using the solution of the polybenzoxazole polymer according to step 3) on a support,
  • 5) at least partial hydrolysis of the polyphosphoric acid present in the layer of step (iii) by contact with water and / or hydrous media,
  • 6) detachment of the formed self-supporting membrane from the carrier.

Die unter den Punkten 1) bis 5) dargestellten Verfahrensschritten wurden zuvor für die Schritte i) bis v) näher erläutert, wobei hierauf, insbesondere im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsformen Bezug genommen wird.The method steps described under points 1) to 5) were previously explained in more detail for the steps i) to v), reference being made to this, in particular with regard to preferred embodiments.

Zu den möglichen Einsatzgebieten der erfindungsgemäßen, dotierten Polymermembranen gehört unter anderem die Verwendung in Brennstoffzellen, bei der Elektrolyse, in Kondensatoren und in Batteriesystemen. Aufgrund ihres Eigenschaftsprofils werden die dotierten Polymermembranen vorzugsweise in Brennstoffzellen verwendet.The possible fields of use of the doped polymer membranes according to the invention include, inter alia, the use in fuel cells, in electrolysis, in capacitors and in battery systems. Because of their property profile, the doped polymer membranes are preferably used in fuel cells.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Membran-Elektroden-Einheit, die mindestens eine erfindungsgemäße Polymermembran aufweist. Für weitere Informationen über Membran-Elektroden-Einheiten wird auf die Fachliteratur, insbesondere auf die Patente US-A-4,191,618 , US-A-4,212,714 und US-A-4,333,805 verwiesen. Die in den vorstehend genannten Literaturstellen [ US-A-4,191,618 , US-A-4,212,714 und US-A-4,333,805 ] enthaltene Offenbarung hinsichtlich des Aufbaues und der Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten, sowie der zu wählenden Elektroden, Gasdiffusionslagen und Katalysatoren ist auch Bestandteil der Beschreibung.The present invention also relates to a membrane-electrode assembly comprising at least one polymer membrane according to the invention. For more information about membrane-electrode assemblies, refer to the specialized literature, in particular to the patents US Patent No. 4,191,618 . US Pat No. 4,212,714 and US-A-4,333,805 directed. The references in the abovementioned references US Patent No. 4,191,618 . US Pat No. 4,212,714 and US-A-4,333,805 ] contained disclosure regarding the construction and manufacture of membrane-electrode assemblies, as well as the electrodes to be selected, gas diffusion layers and catalysts is also part of the description.

Die erfindungsgemäße Membran-Elektroden-Einheit weist zwei Gasdiffusionsschichten auf, die durch die Polymer-Elektrolytmembran getrennt sind. Üblich werden hierfür flächige, elektrisch leitende und säureresistente Gebilde eingesetzt. Zu diesen gehören beispielsweise Graphitfaser-Papiere, Kohlefaser-Papiere, Graphitgewebe und/oder Papiere, die durch Zugabe von Ruß leitfähig gemacht wurden. Durch diese Schichten wird eine feine Verteilung der Gas- und/oder Flüssigkeitsströme erzielt.The membrane-electrode assembly according to the invention has two gas diffusion layers separated by the polymer electrolyte membrane. Usually flat, electrically conductive and acid-resistant structures are used for this purpose. These include, for example, graphite fiber papers, carbon fiber papers, graphite fabrics and / or papers made conductive by the addition of carbon black. Through these layers, a fine distribution of the gas and / or liquid streams is achieved.

Diese Schicht weist im Allgemeinen eine Dicke im Bereich von 80 μm bis 2000 μm, insbesondere 100 μm bis 1000 μm und besonders bevorzugt 150 μm bis 500 μm auf.This layer generally has a thickness in the range from 80 μm to 2000 μm, in particular from 100 μm to 1000 μm and particularly preferably from 150 μm to 500 μm.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann mindestens eine der Gasdiffusionsschichten aus einem kompressiblen Material bestehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein kompressibles Material durch die Eigenschaft gekennzeichnet, daß die Gasdiffusionsschicht ohne Verlust ihrer Integrität durch Druck auf die Hälfte, insbesondere auf ein Drittel ihrer ursprünglichen Dicke gepreßt werden kann.According to a particular embodiment, at least one of the gas diffusion layers may consist of a compressible material. In the context of the present invention, a compressible material is characterized by the property that the gas diffusion layer can be pressed by half the pressure, in particular to one third of its original thickness, without losing its integrity.

Diese Eigenschaft weisen im Allgemeinen Gasdiffusionsschicht aus Graphitgewebe und/oder Papier, das durch Zugabe von Ruß leitfähig gemacht wurde, auf.This property generally comprises a gas diffusion layer of graphite fabric and / or paper rendered conductive by the addition of carbon black.

Neben den zwei Gasdiffusionsschichten auf, die durch die Polymer-Elektrolytmembran getrennt sind weist die erfindungsgemäße Membran-Elektroden-Einheit noch auf jeder Seite der Membran eine Katalysatorschicht auf. Die Katalysatorschicht kann auf beiden Seiten der Membran vorliegen oder auf der Grenzfläche der Gasdiffusionsschicht zur Membran.In addition to the two gas diffusion layers which are separated by the polymer electrolyte membrane, the membrane electrode assembly according to the invention still has a catalyst layer on each side of the membrane. The catalyst layer may be on both sides of the membrane or on the interface of the gas diffusion layer to the membrane.

Die Katalysatorschicht oder Katalysatorschichten enthält oder enthalten katalytisch aktive Substanzen. Zu diesen gehören unter anderem Edelmetalle der Platingruppe, d. h. Pt, Pd, Ir, Rh, Os, Ru, oder auch die Edelmetalle Au und Ag. Desweiteren können auch Legierungen aller vorgenannten Metalle eingesetzt werden. Weiterhin kann mindestens eine Katalysatorschicht Legierungen der Platingruppenelemente mit unedlen Metallen wie zum Beispiel Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Zr, Ti, Ga, V usw. enthalten. Darüberhinaus können auch die Oxide der vorgenannten Edelmetalle und/oder Nicht-Edelmetalle eingesetzt werden.The catalyst layer or catalyst layers contain or contain catalytically active substances. These include precious metals of the platinum group, d. H. Pt, Pd, Ir, Rh, Os, Ru, or the precious metals Au and Ag. Furthermore, it is also possible to use alloys of all the aforementioned metals. Further, at least one catalyst layer may contain alloys of the platinum group elements with base metals such as Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Zr, Ti, Ga, V, etc. In addition, the oxides of the aforementioned noble metals and / or non-noble metals can also be used.

Die katalytisch aktiven Partikel, die die zuvor genannten Substanzen umfassen, können als Metallpulver, sogenanntes schwarzes Edelmetall, insbesondere Platin und/oder Platinlegierungen, eingesetzt werden. Derartige Partikel weisen im allgemeinen eine Größe im Bereich von 5 nm bis 200 nm, vorzugsweise im Bereich von 7 nm bis 100 nm auf.The catalytically active particles which comprise the abovementioned substances can be used as metal powder, so-called black noble metal, in particular platinum and / or platinum alloys. Such particles generally have a size in the range of 5 nm to 200 nm, preferably in the range of 7 nm to 100 nm.

Darüber hinaus können die Metalle auch auf einem Trägermaterial eingesetzt werden. Vorzugsweise umfasst dieser Träger Kohlenstoff, der insbesondere in Form von Ruß, Graphit oder graphitisierter Ruß, eingesetzt werden kann. Weiterhin können auch elektrisch leitfähige Metalloxide, wie zum Beispiel SnOx, TiOx, oder Phosphate, wie z. B. FePOx, NbPOx, Zr(POx)z als Trägermaterial verwendet werden. Hierbei kennzeichnen die Indices x, y und z den Sauerstoff bzw. Metallgehalt der einzelnen Verbindungen, die in einem bekannten Bereich liegen können, da die Übergangsmetalle unterschiedliche Oxidationsstufen einnehmen können.In addition, the metals can also be used on a carrier material. Preferably, this support comprises carbon, which can be used in particular in the form of carbon black, graphite or graphitized carbon black. Furthermore, electrically conductive metal oxides, such as SnO x , TiO x , or phosphates, such as. B. FePO x , NbPO x , Zr (PO x ) z can be used as a carrier material. Here, the indices x, y and z denote the oxygen or metal content of the individual compounds, which may be in a known range, since the transition metals can assume different oxidation states.

Der Gehalt dieser geträgerten Metall-Partikel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metall-Träger-Verbindung, liegt im allgemeinen im Bereich von 1 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. Die Partikelgröße des Trägers, insbesondere die Größe der Kohlenstoffpartikel, liegt vorzugsweise im Bereich von 20 bis 1000 nm, insbesondere 30 bis 100 nm. Die Größe der sich hierauf befindlichen Metallpartikel liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20 nm, insbesondere 1 bis 10 nm und besonders bevorzugt 2 bis 6 nm.The content of these supported metal particles, based on the total weight of the metal-carrier compound, is generally in the range of 1 to 80 wt .-%, preferably 5 to 60 wt .-% and particularly preferably 10 to 50 wt. %, without this being a limitation. The particle size of the carrier, in particular the size of the carbon particles, is preferably in the range of 20 to 1000 nm, in particular 30 to 100 nm. The size of the metal particles present thereon is preferably in the range of 1 to 20 nm, in particular 1 to 10 nm and more preferably 2 to 6 nm.

Die Größen der unterschiedlichen Partikel stellen Mittelwerte dar und können über Transmissionselektronenmikroskopie oder Pulver-Röntgendiffraktometrie bestimmt werden.The sizes of the different particles represent mean values and can be determined by transmission electron microscopy or powder X-ray diffractometry.

Die zuvor dargelegten katalytisch aktiven Partikel können im Allgemeinen kommerziell erhalten werden.The catalytically active particles set forth above can generally be obtained commercially.

Desweiteren kann die katalytisch aktive Schicht übliche Additive enthalten. Hierzu gehören unter anderem Fluorpolymere wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE), protonenleitende Ionomere und oberflächenaktive Substanzen.Furthermore, the catalytically active layer may contain conventional additives. These include, inter alia, fluoropolymers such. As polytetrafluoroethylene (PTFE), proton-conducting ionomers and surfactants.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Gewichtsverhältnis von Fluorpolymer zu Katalysatormaterial, umfassend mindestens ein Edelmetall und gegebenenfalls ein oder mehrere Trägermaterialien, größer als 0,1, wobei dieses Verhältnis vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,6 liegt. According to a particular embodiment of the present invention, the weight ratio of fluoropolymer to catalyst material comprising at least one noble metal and optionally one or more support materials, greater than 0.1, wherein this ratio is preferably in the range of 0.2 to 0.6.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Katalysatorschicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 1000 μm, insbesondere von 5 bis 500, vorzugsweise von 10 bis 300 μm auf. Dieser Wert stellt einen Mittelwert dar, der durch Messung der Schichtdicke im Querschnitt von Aufnahmen bestimmt werden kann, die mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) erhalten werden können.According to a particular embodiment of the present invention, the catalyst layer has a thickness in the range from 1 to 1000 .mu.m, in particular from 5 to 500, preferably from 10 to 300 .mu.m. This value represents an average value that can be determined by measuring the layer thickness in the cross-section of images that can be obtained with a scanning electron microscope (SEM).

Nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Edelmetallgehalt der Katalysatorschicht 0,1 bis 10,0 mg/cm2, vorzugsweise 0,3 bis 6,0 mg/cm2 und besonders bevorzugt 0,3 bis 3,0 mg/cm2. Diese Werte können durch Elementaranalyse einer flächigen Probe bestimmt werden.According to a particular embodiment of the present invention, the noble metal content of the catalyst layer is 0.1 to 10.0 mg / cm 2 , preferably 0.3 to 6.0 mg / cm 2 and more preferably 0.3 to 3.0 mg / cm 2 , These values can be determined by elemental analysis of a flat sample.

Die Herstellung von erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Einheiten ist dem Fachmann offensichtlich. Im Allgemeinen werden die verschiedenen Bestandteile der Membran-Elektroden-Einheit übereinandergelegt und durch Druck und Temperatur miteinander verbunden. Im Allgemeinen wird bei einer Temperatur im Bereich von 10° bis 300°C, insbesondere 20° bis 200°C und mit einem Druck im Bereich von 1 bis 1000 bar, insbesondere von 3 bis 300 bar laminiert.The preparation of membrane electrode assemblies according to the invention will be apparent to those skilled in the art. Generally, the various components of the membrane-electrode assembly are superimposed and bonded together by pressure and temperature. In general, at a temperature in the range of 10 ° to 300 ° C, in particular 20 ° to 200 ° C and at a pressure in the range of 1 to 1000 bar, in particular from 3 to 300 bar laminated.

Die fertige Membran-Elektroden-Einheit (MEE) ist nach dem Abkühlen betriebsbereit und kann in einer Brennstoffzelle verwendet werden.The finished membrane-electrode unit (MEU) is ready for operation after cooling and can be used in a fuel cell.

Die erfindungsgemäße Membran-Elektroden-Einheit (MEE) ist für einen Betrieb bei Temperaturen oberhalb 160°C geeignet und ermöglicht gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe, wie z. B. Wasserstoff enthaltende Gase, die z. B. in einem vorgeschalteten Reformierungsschritt aus Kohlenwasserstoffen hergestellt werden. Als Oxidanz kann dabei z. B. Sauerstoff oder Luft verwendet werden.The membrane electrode assembly (MEU) according to the invention is suitable for operation at temperatures above 160 ° C and allows gaseous and / or liquid fuels, such. B. hydrogen-containing gases, the z. B. be prepared from hydrocarbons in an upstream reforming step. As an oxide can be z. As oxygen or air can be used.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Membran-Elektroden-Einheit ist, dass sie beim Betrieb oberhalb 120°C auch mit reinen Platinkatalysatoren, d. h. ohne einen weiteren Legierungsbestandteil, eine hohe Toleranz gegen Kohlenmonoxid aufweisen. Bei Temperaturen von 160°C kann z. B. mehr als 1% CO im Brenngas enthalten sein, ohne daß dies zu einer merklichen Reduktion der Leistung der Brennstoffzelle führt.Another advantage of the membrane-electrode assembly according to the invention is that when operating above 120 ° C with pure platinum catalysts, d. H. without a further alloying component, have a high tolerance to carbon monoxide. At temperatures of 160 ° C z. B. be more than 1% CO contained in the fuel gas, without resulting in a significant reduction in the performance of the fuel cell.

Die erfindungsgemäße Membran-Elektroden-Einheit kann in Brennstoffzellen betrieben werden, ohne daß die Brenngase und die Oxidanzen trotz der möglichen hohen Betriebstemperaturen nicht befeuchtet werden müssen. Die Brennstoffzelle arbeitet dennoch stabil und die Membran verliert ihre Leitfähigkeit nicht. Dies vereinfacht das gesamte Brennstoffzellensystem und bringt zusätzliche Kostenersparnisse, da die Führung des Wasserkreislaufs (Kühlung) vereinfacht wird.The membrane-electrode assembly according to the invention can be operated in fuel cells, without the fuel gases and the oxidants must not be moistened despite the possible high operating temperatures. The fuel cell is still stable and the membrane does not lose its conductivity. This simplifies the entire fuel cell system and brings additional cost savings, since the management of the water cycle (cooling) is simplified.

Die erfindungsgemäße Membran-Elektroden-Einheit kann problemlos auf Raumtemperatur und darunter abgekühlt werden und danach wieder in Betrieb genommen werden, ohne an Leistung zu verlieren.The membrane-electrode assembly according to the invention can be easily cooled to room temperature and below and then put back into operation without losing power.

Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen MEEs kostengünstig und einfach hergestellt werden.In addition, the MEUs according to the invention can be produced inexpensively and easily.

Die erfindungsgemäße protonenleitende Polymermembran auf Basis von Polyoxazole zeichnet sich durch eine erheblich verbesserte Kompressionsbeständigkeit aus. Die erfindungsgemäßen Membranen zeigen eine deutlich geringe Dickenabnahme bei 200°C. So weist eine Membran auf Basis von Polyoxazole bei der beschriebenen Testmethode nach 10 Minuten bei 200°C noch eine Restdicke von min. 50% auf, während eine vergleichbare Membran auf Basis von Polyazolen (Polybenzimidazol) nur eine Restdicke von ca. 40% aufweist.The proton-conducting polymer membrane based on polyoxazoles according to the invention is distinguished by a considerably improved compression resistance. The membranes of the invention show a markedly small decrease in thickness at 200.degree. Thus, a membrane based on polyoxazoles in the described test method after 10 minutes at 200 ° C still a residual thickness of min. 50%, while a comparable membrane based on polyazoles (polybenzimidazole) only has a residual thickness of about 40%.

Bevorzugt weist eine erfindungsgemäße Membran auf Basis von Polyoxazol bei der beschriebenen Testmethode nach 20 Minuten bei 200°C eine Restdicke von min. 40%, während eine vergleichbare Membran auf Basis von Polyazolen (Polybenzimidazol) nur eine Restdicke von weniger als 30% aufweist.Preferably, a membrane according to the invention based on polyoxazole in the described test method after 20 minutes at 200 ° C, a residual thickness of min. 40%, while a comparable membrane based on polyazoles (polybenzimidazole) has only a residual thickness of less than 30%.

Besonders bevorzugt weist eine erfindungsgemäße Membran auf Basis von Polyoxazol bei der beschriebenen Testmethode nach 60 Minuten bei 200°C eine Restdicke von min. 35%, während eine vergleichbare Membran auf Basis von Polyazolen (Polybenzimidazol) nur eine Restdicke von weniger als 25% aufweist.Particularly preferably, a membrane according to the invention based on polyoxazole in the described test method after 60 minutes at 200 ° C, a residual thickness of min. 35%, while a comparable membrane based on polyazoles (polybenzimidazole) only has a residual thickness of less than 25%.

Allgemeine Messmethoden: General measuring methods:

Messmethode für IECMeasuring method for IEC

Die Leitfähigkeit der Membran hängt stark vom Gehalt an Säuregruppen ausgedrückt durch die sog. Ionenaustauschkapazität (IEC) ab. Zur Messung der Ionenaustauschkapazität wird eine Probe mit einem Durchmesser von 3 cm ausgestanzt und in ein mit 100 ml Wasser gefülltes Becherglas gegeben. Die freigesetzte Säure wird mit 0,1 M NaOH titriert. Anschliessend wird die Probe entnommen, überschüssiges Wasser abgetupft und die Probe bei 160°C während 4 h getrocknet. Dann bestimmt man das Trockengewicht, m0, gravimetrisch mit einer Genauigkeit von 0,1 mg. Die Ionenaustauschkapazität wird dann aus dem Verbrauch der 0,1 M NaOH bis zum ersten Titrationsendpunkt, V1 in ml, und dem Trockengewicht, m0 in mg, gemäss folgender Formel berechnet: IEC = V1·300/m0 The conductivity of the membrane depends strongly on the content of acid groups expressed by the so-called ion exchange capacity (IEC). To measure the ion exchange capacity, a sample with a diameter of 3 cm is punched out and placed in a beaker filled with 100 ml of water. The liberated acid is titrated with 0.1 M NaOH. The sample is then removed, excess water blotted and the sample dried at 160 ° C for 4 h. Then the dry weight, m 0 , is determined gravimetrically with an accuracy of 0.1 mg. The ion exchange capacity is then calculated from the consumption of the 0.1 M NaOH to the first titration end point, V 1 in ml, and the dry weight, m 0 in mg, according to the following formula: IEC = V 1 · 300 / m 0

Messmethode für spezifische LeitfähigkeitMeasuring method for specific conductivity

Die spezifische Leitfähigkeit wird mittels Impedanzspektroskopie in einer 4-Pol-Anordnung im potentiostatischen Modus und unter Verwendung von Platinelektroden (Draht, 0,25 mm Durchmesser) gemessen. Der Abstand zwischen den stromabnehmenden Elektroden beträgt 2 cm. Das erhaltene Spektrum wird mit einem einfachen Modell bestehend aus einer parallelen Anordnung eines ohm'schen Widerstandes und eines Kapazitators ausgewertet. Der Probenquerschnitt der phosphorsäuredotierten Membran wird unmittelbar vor der Probenmontage gemessen. Zur Messung der Temperaturabhängigkeit wird die Messzelle in einem Ofen auf die gewünschte Temperatur gebracht und über eine in unmittelbarer Probennähe positioniertes Pt-100 Thermoelement geregelt. Nach Erreichen der Temperatur wird die Probe vor dem Start der Messung 10 Minuten auf dieser Temperatur gehaltenThe specific conductivity is measured by means of impedance spectroscopy in a 4-pole arrangement in the potentiostatic mode and using platinum electrodes (wire, 0.25 mm diameter). The distance between the current-collecting electrodes is 2 cm. The obtained spectrum is evaluated with a simple model consisting of a parallel arrangement of an ohmic resistor and a capacitor. The sample cross-section of the phosphoric acid-doped membrane is measured immediately prior to sample assembly. To measure the temperature dependence, the measuring cell is brought to the desired temperature in an oven and controlled by a Pt-100 thermocouple placed in the immediate vicinity of the sample. After reaching the temperature, the sample is held at this temperature for 10 minutes before starting the measurement

Messmethode für KompressionsbeständigkeitMeasuring method for compression resistance

Ein Membranprobenkörper von 4.91 cm2 Durchmesser (d = 2,5 cm) wird ausgestanzt und auf einer Heizplatte auf einem Stück Kapton Folie plaziert. Ein Metallstempel mit drei Vertiefungen (Tiefe = 1 mm, Breite 2 mm, Länge 1.5 cm, Abstand jeweils 5 mm) wird mittels Führungsschienen auf der Membranprobe plaziert und zur Bewertung der Kompressionsbeständigkeit die Dickenabnahme bei 200°C (±10°C) mittels eines Mitutoyo DC III für eine Dauer von 120 Minuten gemessen. Die Dickenabnahme in [%] wird berechnet durch [Dickedanach/DickeStart] × 100.A membrane sample of 4.91 cm 2 diameter (d = 2.5 cm) is punched out and placed on a hot plate on a piece of Kapton foil. A metal die with three recesses (depth = 1 mm, width 2 mm, length 1.5 cm, spacing of 5 mm each) is placed on the membrane sample by means of guide rails and the thickness reduction at 200 ° C (± 10 ° C) by means of a Mitutoyo DC III measured for a duration of 120 minutes. The thickness decrease in [%] is calculated by [Thickness after / Thickness Start ] × 100.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung durch ein Beispiel und ein Vergleichsbeispiel näher erläutert, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.Hereinafter, the present invention will be explained in more detail by an example and a comparative example, without this being intended to be limiting.

Beispiel 1example 1

Eine Lösung von 4 gew-% mit äquimolaren Mengen von 19.76 g 3,3'-Dihydroxy-4,4'-Diaminobiphenyl und 15.25 g Terephthalsäure in Polyphosphorsäure (116%) wird auf 240°C innerhalb von 40 h erwärmt. Die resultierende Polybenzoxazol-Polyphosphorsäure Lösung wird auf eine Temperatur vo 100°C gekühlt und mittels eines Handrakels auf einem Träger in einer 450 μm dicken Schicht aufgetragen und nach dem Abkühlen in 50 gew-%-iger Phosphorsäure über Nacht hydrolysiert und eine selbsttragende Polybenzoxazol-Phosphorsäure Membran erhalten. Die Membraneinschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.A solution of 4% by weight with equimolar amounts of 19.76 g of 3,3'-dihydroxy-4,4'-diaminobiphenyl and 15.25 g of terephthalic acid in polyphosphoric acid (116%) is heated to 240 ° C within 40 h. The resulting polybenzoxazole-polyphosphoric acid solution is cooled to a temperature of 100 ° C and applied by means of a hand doctor on a support in a 450 micron thick layer and hydrolyzed after cooling in 50 wt -% - phosphoric acid overnight and a self-supporting polybenzoxazole-phosphoric acid Membrane obtained. The membrane assemblies are listed in Table 1.

Vergleichsbeispiel:Comparative Example:

Eine Lösung von 2 gew-% mit äquimolaren Mengen 3,3',4,4'-Tetraaminobiphenyl und Terephthalsäure in Polyphosphorsäure (112%) wird auf 280°C innerhalb von 100 h erwärmt. The resultierende Polybenzimidazol-Polyphosphorsäure Lösung wird auf eine Temperatur von 100°C gekühlt und mittels eines Handrakels auf einem Träger in einer 450 μm dicken Schicht aufgetragen und nach dem Abkühlen in 50 gew-%-iger Phosphorsäure über Nacht hydrolysiert und eine selbsttragende Polybenzimidazol-Phosphorsäure Membran erhalten. Die Membraneigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1: Vergleich der Eigenschaften von verstärkter und Standardmembran Vergleichsbeispiel Beispiel Dicke 390 μm 455 μm Anteil Phosphorsäure 54.1 gew-% 52.4 gew-% Anteil Feststoff 5.6 gew-% 6.5 gew-% Säurekonzentration 57.3 gew-% 56.0 gew-% Inherente Viskosität 5.7 dL/g 1.9 dL/g Protonenleitfähigkeit 100 mS/cm bei 160°C 105 mS/cm bei 160°C A solution of 2% by weight with equimolar amounts of 3,3 ', 4,4'-tetraaminobiphenyl and terephthalic acid in polyphosphoric acid (112%) is heated to 280 ° C within 100 h. The resulting polybenzimidazole-polyphosphoric acid solution is cooled to a temperature of 100 ° C and applied by means of a hand doctor on a support in a 450 micron thick layer and hydrolyzed after cooling in 50 wt% phosphoric acid overnight and a self-supporting polybenzimidazole phosphoric acid Membrane obtained. The membrane properties are listed in Table 1. Table 1: Comparison of the properties of reinforced and standard membrane Comparative example example thickness 390 μm 455 μm Proportion of phosphoric acid 54.1% 52.4% by weight Proportion of solid 5.6% by weight 6.5% by weight acid concentration 57.3% by weight 56.0% by weight Inherent viscosity 5.7 dL / g 1.9 dL / g proton conductivity 100 mS / cm at 160 ° C 105 mS / cm at 160 ° C

Die Kompressionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Membran und der Vergleichsmembran sind in der 1 aufgezeigt, wobei die Messung wie vorstehend dargelegt durchgeführt wurde.The compression resistance of the membrane of the invention and the comparative membrane are in the 1 shown, wherein the measurement was carried out as set forth above.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 96/13872 [0007, 0008] WO 96/13872 [0007, 0008]
  • JP 2001-196082 A [0007] JP 2001-196082A [0007]
  • WO 02/088219 [0008, 0045, 0052] WO 02/088219 [0008, 0045, 0052]
  • WO 01/18894 A2 [0028] WO 01/18894 A2 [0028]
  • WO 02/081547 [0045, 0052] WO 02/081547 [0045, 0052]
  • WO 03/022412 [0045, 0052] WO 03/022412 [0045, 0052]
  • EP 1337319 A [0045] EP 1337319 A [0045]
  • US 2004/075172 [0045] US 2004/075172 [0045]
  • JP 2001118591 A2 [0086] JP 2001118591 A2 [0086]
  • US 4191618 A [0093, 0093] US 4191618 A [0093, 0093]
  • US 4212714 A [0093, 0093] US 4212714 A [0093, 0093]
  • US 4333805 A [0093, 0093] US Pat. No. 4,333,805 A [0093, 0093]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ISO 1133 [0047] ISO 1133 [0047]
  • DIN 53015 [0071] DIN 53015 [0071]
  • Electrolyte additives for phosphoric acid fuel cells. Gang, Xiao; Hjuler, H. A.; Olsen, C.; Berg, R. W.; Bjerrum, N. J. Chem. Dep. A, Tech. Univ. Denmark, Lyngby, Den. J. Electrochem. Soc. (1993), 140(4), 896–902 [0084] Electrolyte additives for phosphoric acid fuel cells. Gang, Xiao; Hjuler, HA; Olsen, C .; Mountain, RW; Bjerrum, NJ Chem. Dep. A, tech. Univ. Denmark, Lyngby, Den. J. Electrochem. Soc. (1993), 140 (4), 896-902 [0084]
  • Perfluorosulfonimide as an additive in phosphoric acid fuel cell. Razaq, M.; Razaq, A.; Yeager, E.; DesMarteau, Darryl D.; Singh, S. Case Cent. Electrochem. Sci., Case West. Reserve Univ., Cleveland, OH, USA. J. Electrochem. Soc. (1989), 136(2), 385–90 [0084] Perfluorosulfonimide as an additive in phosphoric acid fuel cell. Razaq, M .; Razaq, A .; Yeager, E .; DesMarteau, Darryl D .; Singh, S. Case Cent. Electrochem. Sci., Case West. Reserve Univ., Cleveland, OH, USA. J. Electrochem. Soc. (1989), 136 (2), 385-90 [0084]
  • F. Gugumus in Plastics Additives, Hanser Verlag, 1990 [0086] F. Gugumus in Plastics Additives, Hanser Verlag, 1990 [0086]
  • N. S. Allen, M. Edge Fundamentals of Polymer Degradation and Stability, Elsevier, 1992 [0086] NS Allen, M. Edge Fundamentals of Polymer Degradation and Stability, Elsevier, 1992 [0086]
  • H. Zweifel, Stabilization of Polymeric Materials, Springer, 1998 [0086] H. Zweifel, Stabilization of Polymeric Materials, Springer, 1998 [0086]

Claims (21)

Protonenleitende Polymermembran auf Basis von Polyoxazole erhältlich durch ein Verfahren umfassend die Schritte (i) Mischen von (a) einem oder mehreren aromatischen Di-Amino-Di-Hydroxy-Verbindungen mit (b) einer oder mehreren aromatischen Carbonsäuren bzw. deren Estern, die mindestens zwei Säuregruppen pro Carbonsäure-Monomer enthalten, oder Mischen von einer oder mehreren aromatischen und/oder heteroaromatischen Amino-hydroxy-carbonsäuren in Polyphosphorsäure unter Ausbildung einer Lösung und/oder Dispersion, (ii) Erwärmen der Mischung aus Schritt (i), vorzugsweise unter Inertgas, auf Temperaturen im Bereich von 120°C und bis zu 300°C unter Ausbildung des Polybenzoxazol-Polymeren, (iii) Aufbringen einer Schicht unter Verwendung der Mischung aus Schritt ii) auf einen Träger oder auf eine Elektrode, (iv) zumindest partielle Hydrolyse der in der Schicht aus Schritt (iii) vorhandenen Polyphosphorsäure durch in Kontaktbringen mit Wasser und/oder wasserhaltigen Medien, (v) Ablösen der gebildeten selbsttragenden Membran vom Träger.A proton-conducting polymer membrane based on polyoxazoles obtainable by a process comprising the steps (i) mixing (a) one or more aromatic di-amino-di-hydroxy compounds with (b) one or more aromatic carboxylic acids or their esters containing at least two acid groups per carboxylic acid monomer, or Mixing one or more aromatic and / or heteroaromatic amino-hydroxy-carboxylic acids in polyphosphoric acid to form a solution and / or dispersion, (ii) heating the mixture of step (i), preferably under inert gas, to temperatures in the range of 120 ° C and up to 300 ° C to form the polybenzoxazole polymer, (iii) applying a layer using the mixture from step ii) to a support or to an electrode, (iv) at least partial hydrolysis of the polyphosphoric acid present in the layer of step (iii) by contact with water and / or hydrous media, (v) detaching the formed self-supporting membrane from the support. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als aromatische Di-Amino-Di-Hydroxy-Verbindungen 3,3'-Dihydroxy-4,4'-Diaminobiphenyl, 3,3'-Dihydroxy-4,4'-Diamino-diphenylsulfon,4,6-Diamino-1,3-Dihydroxy-benzol (DABDO), sowie deren Salze, insbesondere deren Mono- und/oder Dihydrochloridderivate. eingesetzt werden.Membrane according to Claim 1, characterized in that 3,3'-dihydroxy-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dihydroxy-4,4'-diamino-diphenylsulfone, as aromatic di-amino-di-hydroxy compounds, 4,6-diamino-1,3-dihydroxybenzene (DABDO), and salts thereof, in particular their mono- and / or dihydrochloride derivatives. be used. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als aromatische Dicarbonsäuren Isophthalsäure, Terephthalsäure, Phthalsäure, 5-Hydroxyisophthalsäure, 4-Hydroxyisophthalsäure, 2-Hydroxyterephthalsäure, 5-Aminoisophthalsäure, 5-N,N-Dimethylaminoisophthalsäure, 5-N,N-Diethylaminoisophthalsäure,·2,5-Dihydroxyterephthalsäure, 2,5-Dihydroxyisophthalsäure, 2,3-Dihydroxyisophthalsäure, 2,3-Dihydroxyphthalsäure, 2,4-Dihydroxyphthalsäure. 3,4-Dihydroxyphthalsäure, 3-Fluorophthalsäure, 5-Fluoroisophthalsäure, 2-Fluoroterphthalsäure, Tetrafluorophthalsäure, Tetrafluoroisophthalsäure, Tetrafluoroterephthalsäure, 1,4-Naphthalindicarbonsäure, 1,5-Naphthalindicarbonsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 2,7-Naphthalindicarbonsäure, Diphensäure, 1,8-dihydroxynaphthalin-3,6-dicarbonsäure, Diphenylether-4,4'-dicarbonsäure, Benzophenon-4,4'-dicarbonsäure, Diphenylsulfon-4,4'-dicarbonsäure, Biphenyl-4,4'-dicarbonsäure, 4-Trifluoromethylphthalsäure, 2,2-Bis(4-carboxyphenyl)hexafluoropropan, 4,4'-Stilbendicarbonsäure, 4-Carboxyzimtsäure, bzw. deren C1-C20-Alkyl-Ester oder C5-C12-Aryl-Ester, oder deren Säureanhydride oder deren Säurechloride eingesetzt werden.Membrane according to Claim 1, characterized in that as aromatic dicarboxylic acids isophthalic acid, terephthalic acid, phthalic acid, 5-hydroxyisophthalic acid, 4-hydroxyisophthalic acid, 2-hydroxyterephthalic acid, 5-aminoisophthalic acid, 5-N, N-dimethylaminoisophthalic acid, 5-N, N-diethylaminoisophthalic acid, · 2,5-dihydroxyterephthalic acid, 2,5-dihydroxyisophthalic acid, 2,3-dihydroxyisophthalic acid, 2,3-dihydroxyphthalic acid, 2,4-dihydroxyphthalic acid. 3,4-dihydroxyphthalic acid, 3-fluorophthalic acid, 5-fluoroisophthalic acid, 2-fluoroterphthalic acid, tetrafluorophthalic acid, tetrafluoroisophthalic acid, tetrafluoroterephthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, diphenic acid, 1,8-dihydroxynaphthalene-3,6-dicarboxylic acid, diphenyl ether-4,4'-dicarboxylic acid, benzophenone-4,4'-dicarboxylic acid, diphenylsulfone-4,4'-dicarboxylic acid, biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, 4- Trifluoromethylphthalic acid, 2,2-bis (4-carboxyphenyl) hexafluoropropane, 4,4'-stilbenedicarboxylic acid, 4-carboxycinnamic acid, or their C1-C20-alkyl esters or C5-C12-aryl esters, or their acid anhydrides or their acid chlorides be used. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als aromatische Carbonsäure Tri-Carbonsäuren, Tetra-Carbonsäuren bzw. deren C1-C20-Alkyl-Ester oder C5-C12-Aryl-Ester oder deren Säureanhydride oder deren Säurechloride, vorzugsweise 1,3,5-benzene-tricarboxylic acid (trimesic acid); 1,2,4-benzene-tricarboxylic acid (trimellitic acid); (2-Carboxyphenyl)iminodiessigsäure, 3,5,3'-biphenyltricarboxylic acid; 3,5,4'-biphenyltricarboxylic acid und/oder 2,4,6-pyridinetricarboxylic acid eingesetzt werden.Membrane according to Claim 1, characterized in that the aromatic carboxylic acid used is tri-carboxylic acids, tetracarboxylic acids or their C1-C20-alkyl esters or C5-C12-aryl esters or their acid anhydrides or their acid chlorides, preferably 1,3,5 -benzene-tricarboxylic acid (trimesic acid); 1,2,4-benzene-tricarboxylic acid (trimellitic acid); (2-carboxyphenyl) iminodiacetic acid, 3,5,3'-biphenyltricarboxylic acid; 3,5,4'-biphenyltricarboxylic acid and / or 2,4,6-pyridinetricarboxylic acid are used. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als aromatische Carbonsäure Tetracarbonsäuren deren C1-C20-Alkyl-Ester oder C5-C12-Aryl-Ester oder deren Säureanhydride oder deren Säurechloride, vorzugsweise Benzol 1,2,4,5-tetracarbonsäuren; 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäuren 3,5,3',5'-biphenyltetracarboxylic acid; Benzophenontetracarbonsäure, 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäure, 2,2',3,3'-Biphenyltetracarbonsäure, 1,2,5,6-Naphthalintetracarbonsäure, 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäure eingesetzt werden.Membrane according to Claim 1, characterized in that the aromatic carboxylic acid tetracarboxylic acids are their C1-C20-alkyl esters or C5-C12-aryl esters or their acid anhydrides or their acid chlorides, preferably benzene, 1,2,4,5-tetracarboxylic acids; 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acids 3,5,3 ', 5'-biphenyltetracarboxylic acid; Benzophenonetetracarboxylic acid, 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic acid, 2,2', 3,3'-biphenyltetracarboxylic acid, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic acid, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid. Membran gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Tricarbonsäure bzw. Tetracarbonsäuren (bezogen auf eingesetzte Dicarbonsäure) beträgt zwischen 0 und 30 Mol-%, vorzugsweise 0,1 und 20 Mol-%, insbesondere 0,5 und 10 Mol-%. beträgt.Membrane according to Claim 4, characterized in that the content of tricarboxylic acid or tetracarboxylic acids (based on the dicarboxylic acid used) is between 0 and 30 mol%, preferably 0.1 and 20 mol%, in particular 0.5 and 10 mol% , is. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als heteroaromatische Carbonsäuren heteroaromatische Di-carbonsäuren und Tricarbonsäuren und Tetra-Carbonsäuren eingesetzt werden, welche mindestens ein Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel oder Phosphoratom im Aromaten enthalten, vorzugsweise Pyridin-2,5-dicarbonsäure, Pyridin-3,5-dicarbonsäure, Pyridin-2,6-dicarbonsäure, Pyridin-2,4-dicarbonsäure, 4-Phenyl-2,5-pyridindicarbonsäure, 3,5-Pyrazoldicarbonsäure, 2,6-Pyrimidindicarbonsäure, 2,5-Pyrazindicarbonsäure, 2,4,6-Pyridintricarbonsäure, Benzimidazol-5,6-dicarbonsäure, sowie deren C1-C20-Alkyl-Ester oder C5-C12-Aryl-Ester, oder deren Säureanhydride oder deren Säurechloride. Membrane according to Claim 1, characterized in that the heteroaromatic carboxylic acids used are heteroaromatic dicarboxylic acids and tricarboxylic acids and tetracarboxylic acids which contain at least one nitrogen, oxygen, sulfur or phosphorus atom in the aromatic, preferably pyridine-2,5-dicarboxylic acid, pyridine 3,5-dicarboxylic acid, pyridine-2,6-dicarboxylic acid, pyridine-2,4-dicarboxylic acid, 4-phenyl-2,5-pyridinedicarboxylic acid, 3,5-pyrazoldicarboxylic acid, 2,6-pyrimidinedicarboxylic acid, 2,5-pyrazinedicarboxylic acid, 2,4,6-pyridine tricarboxylic acid, benzimidazole-5,6-dicarboxylic acid, and their C1-C20 alkyl esters or C5-C12 aryl esters, or their acid anhydrides or their acid chlorides. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als aromatische und/oder heteroaromatische Amino-hydroxy-carbonsäuren 3-Amino-4-Hydroxy-benzolsäure sowie 4-Amino-3-Hydroxy-benzoesäure eingesetzt wirdMembrane according to Claim 1, characterized in that 3-amino-4-hydroxybenzoic acid and 4-amino-3-hydroxybenzoic acid are used as the aromatic and / or heteroaromatic aminohydroxycarboxylic acids Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt A) eine Polyphosphorsäure mit einem Gehalt berechnet als P2O5 (acidimetrisch) von mindestens 79,8% was einer Konzentration von min. 110% H3PO4 entspricht eingesetzt wird.A membrane according to claim 1, characterized in that in step A) a polyphosphoric acid having a content calculated as P 2 O 5 (acidimetric) of at least 79.8% which corresponds to a concentration of min. 110% H 3 PO 4 is used. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyoxazol-Polymeren wiederkehrende Oxazoleinheiten der Allgemeinen Formel (I) und/oder (II) und/oder (III) und/oder (IV) und/oder (V) und/oder (VI) und/oder (VII)
Figure 00290001
Figure 00300001
worin Ar gleich oder verschieden sind und für eine vierbindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann, Ar1 gleich oder verschieden sind und für eine zweibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann, Ar2 gleich oder verschieden sind und für eine zwei oder dreibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann, Ar3 gleich oder verschieden sind und für eine dreibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann, Ar4 gleich oder verschieden sind und für eine dreibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann, Ar5 gleich oder verschieden sind und für eine vierbindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann, Ar6 gleich oder verschieden sind und für eine zweibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann, Ar7 gleich oder verschieden sind und für eine zweibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann, Ar8 gleich oder verschieden sind und für eine zweibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann, Ar9 gleich oder verschieden sind und für eine zweibindige aromatische oder heteroaromatische Gruppe stehen, die ein- oder mehrkernig sein kann, X gleich oder verschieden ist und für Sauerstoff steht, n eine ganze Zahl größer gleich 10, bevorzugt größer gleich 100 ist, umfasst.
Membrane according to Claim 1, characterized in that the polyoxazole polymers contain repeating oxazole units of the general formula (I) and / or (II) and / or (III) and / or (IV) and / or (V) and / or (VI ) and / or (VII)
Figure 00290001
Figure 00300001
wherein Ar is the same or different and represents a tetravalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear, Ar 1 may be the same or different and represents a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear, Ar 2 are the same or different and are a two or three-membered aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear, Ar 3 are the same or different and are a trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear, Ar 4 are the same or different and are a trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear, Ar 5 are the same or different and represent a four-membered aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear, Ar 6 is the same or are different and represent a divalent aromatic or heteroaromatic group, which may be mononuclear or polynuclear, Ar 7 are the same or different and represent a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear, Ar 8 are the same or different and represent a divalent aromatic or heteroaromatic group, the - or polynuclear, Ar 9 are the same or different and are a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be mononuclear or polynuclear, X is the same or different and is oxygen, n is an integer greater than or equal to 10, preferably greater is equal to 100.
Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyoxazol Polybenzoxazole ist.Membrane according to Claim 1, characterized in that the polyoxazole is polybenzoxazoles. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt iii) ein Polymer enthaltend wiederkehrende Einheiten der Formel
Figure 00310001
wobei n jeweils eine ganze Zahl größer gleich 10, vorzugsweise größer gleich 100 ist, gebildet wird.
Membrane according to claim 1, characterized in that in step iii) a polymer containing recurring units of the formula
Figure 00310001
where n is an integer greater than or equal to 10, preferably greater than or equal to 100, is formed.
Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrolyse gemäß Schritt iv) bei Temperaturen zwischen 0°C und 200°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 10°C und 120°C, insbesondere zwischen Raumtemperatur (20°C) und 90°C, in Gegenwart von Feuchtigkeit bzw. Wasser und/oder Wasserdampf erfolgt.Membrane according to claim 1, characterized in that the hydrolysis according to step iv) at temperatures between 0 ° C and 200 ° C, preferably at temperatures between 10 ° C and 120 ° C, in particular between room temperature (20 ° C) and 90 ° C. , in the presence of moisture or water and / or water vapor takes place. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Hydrolyse gemäß Schritt iv) zwischen 10 Sekunden und 300 Stunden, vorzugsweise 1 Minute bis 200 Stunden, beträgt.Membrane according to claim 1, characterized in that the duration of the hydrolysis according to step iv) is between 10 seconds and 300 hours, preferably 1 minute to 200 hours. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt iii) eine Schicht mit einer Dicke zwischen 20 und 4000 μm, vorzugsweise zwischen 30 und 3500 μm, insbesondere zwischen 50 und 3000 μm erzeugt wird.Membrane according to claim 1, characterized in that in step iii) a layer having a thickness between 20 and 4000 μm, preferably between 30 and 3500 μm, in particular between 50 and 3000 μm, is produced. Membran gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Schritt iv) vorliegende Membran eine Dicke zwischen 15 und 3000 μm, vorzugsweise zwischen 20 und 2000 μm, insbesondere zwischen 20 und 1500 μm hat.Membrane according to Claim 1, characterized in that the membrane present after step iv) has a thickness between 15 and 3000 μm, preferably between 20 and 2000 μm, in particular between 20 and 1500 μm. Membran gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Polyoxazolen zwischen 2 und 15 Gew.-% und der Gehalt an Phosphorsäure 40 und 70 Gew.-% beträgt und die restliche Menge Wasser ist.Membrane according to one or more of Claims 1 to 16, characterized in that the content of polyoxazoles is between 2 and 15% by weight and the content of phosphoric acid is 40 and 70% by weight and the remainder is water. Membran gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran mindestens ein weiteres Polymer aus der Gruppe Polyazol, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherketon, wobei die Polymere auch Sulfonsäuregruppen aufweisen können, aufweist.Membrane according to one or more of claims 1 to 17, characterized in that the membrane comprises at least one further polymer from the group polyazole, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, wherein the polymers may also have sulphonic acid groups. Membran gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine Protonenleitfähigkeit, gemessen bei 160°C und ohne zusätzliche Befeuchtung der benötigen Gase, von mindestens 0,1 S/cm, vorzugsweise mindestens 0,105 S/cm, aufweist.Membrane according to one or more of claims 1 to 18, characterized in that the membrane has a proton conductivity, measured at 160 ° C and without additional humidification of the required gases, of at least 0.1 S / cm, preferably at least 0.105 S / cm , Membran-Elektroden-Einheit enthaltend mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19.Membrane electrode unit comprising at least one electrode and at least one membrane according to one or more of claims 1 to 19. Brennstoffzelle enthaltend eine oder mehrere Membran-Elektroden-Einheiten gemäß Anspruch 20. A fuel cell containing one or more membrane-electrode assemblies according to claim 20.
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4191618A (en) 1977-12-23 1980-03-04 General Electric Company Production of halogens in an electrolysis cell with catalytic electrodes bonded to an ion transporting membrane and an oxygen depolarized cathode
US4212714A (en) 1979-05-14 1980-07-15 General Electric Company Electrolysis of alkali metal halides in a three compartment cell with self-pressurized buffer compartment
US4333805A (en) 1980-05-02 1982-06-08 General Electric Company Halogen evolution with improved anode catalyst
WO1996013872A1 (en) 1994-11-01 1996-05-09 Case Western Reserve University Proton conducting polymers
WO2001018894A2 (en) 1999-09-09 2001-03-15 Danish Power Systems Aps Polymer electrolyte membrane fuel cells
JP2001118591A (en) 1999-10-19 2001-04-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc High durability solid polymer electrolyte
JP2001196082A (en) 2000-01-07 2001-07-19 Honda Motor Co Ltd Electrode unit for phosphoric acid fuel cell
WO2002081547A1 (en) 2001-04-09 2002-10-17 Celanese Ventures Gmbh Proton-conducting membrane and the use thereof
WO2002088219A1 (en) 2001-04-09 2002-11-07 Celanese Ventures Gmbh Proton-conducting membrane and use thereof
WO2003022412A2 (en) 2001-09-12 2003-03-20 Celanese Ventures Gmbh Proton-conducting membrane and the use of the same
EP1337319A1 (en) 2000-10-21 2003-08-27 Celanese Ventures GmbH Novel membranes having improved mechanical properties, for use in fuel cells
US20040075172A1 (en) 2002-09-27 2004-04-22 Michael Bauer Electronic module with a semiconductor chip which has flexible chip contacts, and method for producing the electronic module

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4191618A (en) 1977-12-23 1980-03-04 General Electric Company Production of halogens in an electrolysis cell with catalytic electrodes bonded to an ion transporting membrane and an oxygen depolarized cathode
US4212714A (en) 1979-05-14 1980-07-15 General Electric Company Electrolysis of alkali metal halides in a three compartment cell with self-pressurized buffer compartment
US4333805A (en) 1980-05-02 1982-06-08 General Electric Company Halogen evolution with improved anode catalyst
WO1996013872A1 (en) 1994-11-01 1996-05-09 Case Western Reserve University Proton conducting polymers
WO2001018894A2 (en) 1999-09-09 2001-03-15 Danish Power Systems Aps Polymer electrolyte membrane fuel cells
JP2001118591A (en) 1999-10-19 2001-04-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc High durability solid polymer electrolyte
JP2001196082A (en) 2000-01-07 2001-07-19 Honda Motor Co Ltd Electrode unit for phosphoric acid fuel cell
EP1337319A1 (en) 2000-10-21 2003-08-27 Celanese Ventures GmbH Novel membranes having improved mechanical properties, for use in fuel cells
WO2002081547A1 (en) 2001-04-09 2002-10-17 Celanese Ventures Gmbh Proton-conducting membrane and the use thereof
WO2002088219A1 (en) 2001-04-09 2002-11-07 Celanese Ventures Gmbh Proton-conducting membrane and use thereof
WO2003022412A2 (en) 2001-09-12 2003-03-20 Celanese Ventures Gmbh Proton-conducting membrane and the use of the same
US20040075172A1 (en) 2002-09-27 2004-04-22 Michael Bauer Electronic module with a semiconductor chip which has flexible chip contacts, and method for producing the electronic module

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIN 53015
Electrolyte additives for phosphoric acid fuel cells. Gang, Xiao; Hjuler, H. A.; Olsen, C.; Berg, R. W.; Bjerrum, N. J. Chem. Dep. A, Tech. Univ. Denmark, Lyngby, Den. J. Electrochem. Soc. (1993), 140(4), 896-902
F. Gugumus in Plastics Additives, Hanser Verlag, 1990
H. Zweifel, Stabilization of Polymeric Materials, Springer, 1998
ISO 1133
N. S. Allen, M. Edge Fundamentals of Polymer Degradation and Stability, Elsevier, 1992
Perfluorosulfonimide as an additive in phosphoric acid fuel cell. Razaq, M.; Razaq, A.; Yeager, E.; DesMarteau, Darryl D.; Singh, S. Case Cent. Electrochem. Sci., Case West. Reserve Univ., Cleveland, OH, USA. J. Electrochem. Soc. (1989), 136(2), 385-90

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