EP1332528A1 - Pem-brennstoffzelle mit einen vulkanisierten kautschuk mit polaren seitengruppen enthaltender polymermembran - Google Patents

Pem-brennstoffzelle mit einen vulkanisierten kautschuk mit polaren seitengruppen enthaltender polymermembran

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EP1332528A1
EP1332528A1 EP01987955A EP01987955A EP1332528A1 EP 1332528 A1 EP1332528 A1 EP 1332528A1 EP 01987955 A EP01987955 A EP 01987955A EP 01987955 A EP01987955 A EP 01987955A EP 1332528 A1 EP1332528 A1 EP 1332528A1
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EP
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fuel cell
cell according
polymer
acid
molecular sieve
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Withdrawn
Application number
EP01987955A
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English (en)
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Inventor
Michael Bruder
Uwe Heiber
Karl-Heinz Krause
Gerhard Merkmann
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Intech Thueringen GmbH
Original Assignee
Intech Thueringen GmbH
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Publication date
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell, comprising at least the following components:
  • a generic fuel cell is described in detail, for example, in the following publications, namely DE-A-3640 108, DE-A-19544323, WO-A-94/09519, US-A-5 292 600 and in "Spectrum of Science” (July 1995 ), Pages 92 to 98.
  • Fuel cells are electrochemical energy converters and comparable to battery systems that convert stored chemical energy into electricity. In contrast to today's conventional power generators, electricity is generated in a fuel cell without the detour via heat generation.
  • the heart of the fuel cell is the polymer membrane, which may only be permeable to hydrogen ions (protons).
  • hydrogen flows past catalysts (e.g. platinum catalysts) and becomes protons and Split electrons on the other air or pure oxygen.
  • the protons pass through the polymer membrane and, together with the electrons acting as the useful current, combine with the oxygen to form water, which remains as the only waste material.
  • the hydrogen releases the electrons at one electrode, the oxygen at the other electrode.
  • Plastic membranes are currently used in fuel cells.
  • the relevant materials are in particular polysulfones (DE-A-19809 119), thermoplastic polyether ketones and polytetrafluoroethylene with sulfonic perfluorovinyl ether side chains (Nation 117-DuPont).
  • the halogen base is fluorine, chlorine or bromine.
  • the sulfonated polyalkene also includes sulfonic acid derivatives, for example in the form of a chlorosulfonated polyalkene.
  • Halogenated and / or sulfonated polyethylene is of particular importance within this polymer group.
  • the proportion of polymer group A is> the proportion of polymer group B.
  • the proportion of polymer group A in the mixture is 40 to 80% by weight, preferably 45 to 60% by weight.
  • the polymer group A is in particular a thermoplastic.
  • the material group of thermoplastic elastomers comes into play.
  • Chloroprene rubber (2-chlorobutadiene-1, 3; short form: CR)
  • Chlorobutyl rubber (short form: CIIR)
  • Nitrile rubber (short form: NBR)
  • Acrylic rubber (short form: ACM)
  • the mixture advantageously contains a molecular sieve with a high crystal water content, namely with at least 100 moles of crystal water.
  • the sodium-aluminum-silicate of the following formula should be mentioned in particular:
  • the molecular sieve is loaded with an acid as part of a partial dehydration, to be precise with the formation of a molecular sieve / acid adduct. Part of the crystal water is therefore removed and replaced by an acid.
  • the degree of loading of the acid is 5% to 30%, preferably 15%. This measure increases the proton conductivity of the polymer membrane.
  • silica can also be added to the mixture as an acid catalyst.
  • a fiber in particular cellulose fiber, can additionally be added to the mixture, the fiber being loaded with an acid, to be precise to form a fiber / acid adduct.
  • the degree of loading of the acid here is also 5% to 30%, preferably 15%. This measure increases the proton conductivity as well as the mechanical stability (tensile strength and structural strength).
  • Reinforcing resins are raw materials that are based on substituted phenols and formaldehyde. In the initial state, they are uncrosslinked and thermoplastic substances which are added to the mixture and then by a hardener which is likewise admixed (for example hexamethoxymethylamine) in the case of higher Temperatures (> 130 ° C) pass into networked structures.
  • the reinforcing resin reacts with itself through the addition of hardener, but not with the rubber. Two crosslinking reactions which are independent of one another thus take place.
  • the properties of the material can be changed particularly significantly by using the reinforcing resin / hardening agent system, namely from the following points of view:
  • Other common mixture ingredients are, for example, sulfur or sulfur donors, accelerators, metal oxide (e.g. MgO, ZnO), filler and anti-aging agent.
  • the polymer membrane is reinforced, in particular based on polyamide (e.g. polyamide 6.6).
  • the polymer membrane also advantageously has a layer thickness of 0.05 mm to 1 mm, in particular 0.1 to 0.2 mm.
  • the specific electronic volume resistance ⁇ e must be much larger than the specific protonic volume resistance ⁇ p + , whereby the behavior of both is proportional to the efficiency W of the Is a fuel cell, from the point of view of W ⁇ ⁇ ⁇ . P + "
  • the protonic conductivity defined by 1 / ⁇ p + , requires the presence of protons in the polymer membrane.
  • a specific electronic volume resistance ⁇ e is linked to the absence of free charge carriers (electrons, defects).
  • the polymer membrane can be used for a low-temperature fuel cell (operating temperature: ⁇ 100 ° C).
  • Fig. 3 is an electrical description of the mixture.
  • the fuel cell 1 comprises a proton-conducting polymer membrane 2 as the electrolyte, in the form of a mixture based on a polymer blend, comprising the two polymer groups A and B.
  • the polymer membrane 2 is covered on both sides by catalyst layers 3.
  • Gas-permeable electrodes in the form of an anode 4 and cathode 5 rest on the outwardly facing surface of the catalyst layers 3.
  • the electrically conductive plates 6 limit the Fuel cell on the ground or cathode side, these plates forming a structural unit with the gas-permeable electrodes.
  • Air is usually sufficient as an oxygen supplier.
  • C1 and C2 are capacitive elements
  • L1 is an inductance
  • R1 is the internal resistance of the mixture or polymer membrane 2 that is of interest with regard to application (FIGS. 1 and 2).
  • Fuel cell single cell proton-conducting polymer membrane Catalyst layer Electrode (anode) Electrode (cathode) Electrically conductive plate (bipolar plate) External circuit of electrical consumers

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle (1), umfassend wenigstens folgende Bauteile: eine protonenleitende Polymermembran (2) als Elektrolyt; Katalysatorschichten (3), die beiderseits die Polymermembran (2) überdecken; gasdurchlässige Elektroden in Form einer Anode (4) und Kathode (5), die an der nach Außen weisenden Oberfläche der Katalysatorschichten (3) anliegen; elektrische leitfähige Platten (6), die die Elektroden in dicht benachbarten Abständen elektrisch leitend berühren und gemeinsam mit den Elektroden gasführende Kanäle begrenzen; sowie Gasanschlüsse für die Zufuhr von Wasserstoff (H2) einerseits und Sauerstoff (O2) andererseits. Die erfindungsgemässe Brennstoffzelle (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Polymermembran (2) eine Mischung auf der Basis eines Polymerverschnittes ist, umfassend wiederum wenigstens eine erste Polymergruppe A auf der Basis eines halogenierten und/oder sulfonierten Polyalkens sowie eine zweite Polymergruppe B auf der Basis eines vulkanisierten Kautschuks mit polarem Charakter.

Description

PEM-BRENNSTOFFZELLE MIT EINEN VULKANISIERTEN KAUTSCHUK MIT POLAREN SEITENGRUPPE N ENTHALTENDER POLYMERMEMBRAN
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, umfassend wenigstens folgende Bauteile:
- eine protonenleitende Polymermembran als Elektrolyt;
- Katalysatorschichten, die beiderseits die Polymermembran überdecken;
- gasdurchlässige Elektroden in Form einer Anode und Kathode, die an der nach außen weisenden Oberfläche der Katalysatorschichten anliegen;
- elektrisch leitfähige Platten, die die Elektroden in dicht benachbarten Abständen elektrisch leitend berühren und gemeinsam mit den Elektroden gasführende Kanäle begrenzen; sowie
- Gasanschlüsse für die Zufuhr von Wasserstoff einerseits und Sauerstoff andererseits.
Eine gattungsgemäße Brennstoffzelle wird beispielsweise in folgenden Druckschriften ausführlich beschrieben, nämlich DE-A-3640 108, DE-A-19544323, WO-A-94/09519, US-A-5 292 600 und in „Spektrum der Wissenschaft" (Juli 1995), Seiten 92 bis 98.
Brennstoffzellen sind elektrochemische Energieumwandler und vergleichbar mit Batteriensystemen, die gespeicherte chemische Energie in Strom umwandeln. Im Gegensatz zu den heutigen konventionellen Stromerzeugern erfolgt die Stromerzeugung in einer Brennstoffzelle ohne den Umweg über die Wärmeerzeugung.
Herzstück der Brennstoffzelle ist die Polymermembran, die nur für Wasserstoff-Ionen (Protonen) durchlässig sein darf. Auf der einen Seite strömt Wasserstoff an Katalysatoren (z.B. Platin-Katalysatoren) vorbei und wird dabei in Protonen und Elektronen gespalten, auf der anderen Luft oder reiner Sauerstoff. Die Protonen treten durch die Polymermembran und vereinigen sich zusammen mit den als Nutzstrom fungierenden Elektronen mit dem Sauerstoff zu Wasser, das als einziger Abfallstoff übrigbleibt. Mit anderen Worten: Der Wasserstoff gibt die Elektronen an der einen Elektrode ab, der Sauerstoff übernimmt sie an der anderen Elektrode.
Derzeit werden Kunststoffmembranen in Brennstoffzellen eingesetzt. Die diesbezüglichen Werkstoffe sind insbesondere Polysulfone (DE-A-19809 119), thermoplastische Polyetherketone und Polytetrafluorethylen mit sulfonischen Perfluorvinylether-Seitenketten (Nation 117-DuPont).
Trotz verschiedener Lösungsansätze lässt bislang die Protonenleitfähigkeit der Polymermembran zu wünschen übrig, und zwar sowohl unter technischen wie auch wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Es ist daher verständlich, dass insbesondere in die Werkstofftechnologie der Polymermembran viel Aufwand gesteckt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle unter Verwendung einer Polymermembran in Form einer Mischung auf der Basis eines Polymerverschnittes, umfassend wiederum wenigstens
- eine erste Polymergruppe A auf der Basis eines halogenierten und/oder sulfonierten Polyalkens sowie
- eine zweite Polymergruppe B auf der Basis eines vulkanisierten Kautschuks mit polarem Charakter,
wird ein neuer werkstoffmäßiger Weg beschriften, verbunden mit einer hohen Effizienz der Protonenleitfähigkeit bei gleichzeitig technisch einfacher und kostengünstiger Herstellung.
Im folgenden werden die beiden Polymergruppen A und B näher vorgestellt. Polymergruppe A
In Bezug auf das halogenierte Polyalken ist die Halogenbasis Fluor, Chlor oder Brom.
Das sulfonierte Polyalken umfasst auch Sulfonsaurederivate, beispielsweise in Form eines chlorsulfonierten Polyalkens.
Von besonderer Bedeutung innerhalb dieser Polymergruppe ist das halogenierte und/oder sulfonierte Polyethylen.
Der Anteil der Polymergruppe A ist > dem Anteil der Polymergruppe B. Dabei beträgt der Anteil der Polymergruppe A in der Mischung 40 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 45 bis 60 Gew.-%.
Die Polymergruppe A ist insbesondere ein Thermoplast. Im Verschnitt mit der Polymergruppe B als Vulkanisat kommt daher die Werkstoffgruppe der thermoplastischen Elastomere (Kurzform: TPE) zum Tragen.
Polymergruppe B
Hier kommen bei einem Mischungsanteil von wenigstens 10 Gew.-% insbesondere folgende Kautschuktypen zum Einsatz:
Fluorkautschuk (Kurzform: FKM)
Chloroprenkautschuk (2-Chlorbutadien-1 ,3; Kurzform: CR)
Chlorbutylkautschuk (Kurzform: CIIR)
Brombutylkautschuk (Kurzform: BIIR)
Nitrilkautschuk (Kurzform: NBR)
Acrylatkautschuk (Kurzform: ACM) Vorteilhafterweise enthält die Mischung ein Molekularsieb mit hohem Kristallwassergehalt, und zwar bei wenigstens 100 Molen Kristallwasser. In diesem Zusammenhang ist insbesondere das Natrium-Aluminium-Silikat der folgenden Formel zu nennen:
Na86 [(AIO2)86 • (SiO2)106] • 276 H2O
Desweiteren ist es von Vorteil, wenn das Molekularsieb im Rahmen einer partiellen Dehydratisierung mit einer Säure beladen ist, und zwar unter Bildung eines Molekularsieb/Säure-Adduktes. Ein Teil des Kristallwassers wird also entfernt und durch eine Säure ersetzt. Der Beladungsgrad der Säure beträgt 5 % bis 30 %, vorzugsweise 15 %. Mit dieser Maßnahme wird die Protonenleitfähigkeit der Polymermembran erhöht.
Alternativ, insbesondere aber in Kombination mit einem Molekularsieb/Säure-Addukt, kann der Mischung auch Kieselsäure als Säurekatalysator beigefügt werden.
Wiederum alternativ, insbesondere aber in Kombination mit einem Molekularsieb/Säure-Addukt und Kieselsäure, kann der Mischung zusätzlich eine Faser, insbesondere Cellulosefaser, beigemischt werden, wobei die Faser mit einer Säure beladen ist, und zwar unter Bildung eines Faser/Säure-Adduktes. Der Beladungsgrad der Säure beträgt hier ebenfalls 5 % bis 30 %, vorzugsweise 15 %. Diese Maßnahme bewirkt eine Erhöhung der Protonenleitfähigkeit wie auch der mechanischen Stabilität (Zerreiß- und Strukturfestigkeit).
Desweiteren ist es von Vorteil, wenn der Mischung zusätzlich ein Verstärkerharz, insbesondere in Kombination mit einem Härtungsmittel, beigemischt wird. Auf das System Verstärkerharz/Härtungsmittel wird nun im folgenden näher eingegangen.
Verstärkerharze sind Rohstoffe, die auf der Basis von substituierten Phenolen und Formaldehyd aufgebaut sind. Sie sind im Ausgangszustand unvernetzte und thermoplastische Stoffe, die der Mischung zugesetzt werden und durch ein ebenfalls zugemischtes Härtungsmittel (z.B. Hexamethoxymethylamin) dann bei höheren Temperaturen (> 130°C) in vernetzte Strukturen übergehen. Das Verstärkerharz reagiert durch den Härterzusatz mit sich selbst, nicht jedoch mit dem Kautschuk. Es laufen somit zwei voneinander unabhängige Vernetzungsreaktionen ab. Die Eigenschaften des Werkstoffes lassen sich durch den Einsatz des Systems Verstärkerharz/Härtungsmittel besonders deutlich verändern, und zwar unter folgenden Gesichtspunkten:
- Erhöhung der Strukturfestigkeit
- Erhöhung der Ermüdungsbeständigkeit / Dauerfestigkeit / Lebensdauer
- Erniedrigung des Abriebs
Weitere übliche Mischungsingredienzien sind beispielsweise Schwefel oder Schwefelspender, Beschleuniger, Metalloxid (z.B. MgO, ZnO), Füllstoff und Alterungsschutzmittel.
Aufgrund der Tatsache, dass das System Verstärkerharz/Härtungsmittel sowie das Faser/Säure-Addukt zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Polymermembran beitragen, kann zumeist auf einen zusätzlichen Festigkeitsträger in Form eines Gewebes verzichtet werden.
Gegebenenfalls ist die Polymermembran gewebeverstärkt, insbesondere auf der Basis von Polyamid (z.B. Polyamid 6.6).
Die Polymermembran weist ferner vorteilhafterweise eine Schichtstärke von 0,05 mm bis 1 mm, insbesondere 0,1 bis 0,2 mm, auf.
Zur Beurteilung der Mischung bezüglich ihres elektrischen (elektronischen, protonischen) Verhaltens sind folgende Anforderungen zu erfüllen:
Der spezifische elektronische Durchgangswiderstand σe. muss sehr viel größer sein als der spezifische protonische Durchgangswiderstand σp+, wobei das Verhalten beider zueinander proportional vom Wirkungsgrad W der Brennstoffzelle ist, und zwar unter dem Gesichtspunkt W ~ σ σ. P+"
Die protonische Leitfähigkeit, definiert durch 1/σp+, verlangt das Vorhandensein von Protonen in der Polymermembran.
Ein spezifischer elektronischer Durchgangswiderstand σe. ist an ein NichtVorhandensein von freien Ladungsträgern (Elektronen, Fehlstellen) gebunden.
Kapazitive und induktive Effekte können innerhalb des folgenden Arbeitsbereiches vernachlässigt werden: Betriebstemperatur T: -40°C T < 150°C Druck p: 0,9 at < p < 3 at Gleichspannung U: I U I < 10 V
Die Polymermembran kann für eine Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle (Betriebstemperatur: < 100°C) verwendet werden.
Die Erfindung wird nun anhand schematischer Darstellungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Brennstoffzelle;
Fig. 2 den elektrochemischen Reaktionsablauf einer Brennstoffzelle;
Fig. 3 eine elektrische Beschreibung der Mischung.
Nach Fig. 1 umfasst die Brennstoffzelle 1 eine protonenleitende Polymermembran 2 als Elektrolyt, und zwar in Form einer Mischung auf der Basis eines Polymerverschnittes, umfassend die beiden Polymergruppen A und B. Die Polymermembran 2 wird dabei beiderseits von Katalysatorschichten 3 überdeckt. An der nach außen weisenden Oberfläche der Katalysatorschichten 3 liegen gasdurchlässige Elektroden in Form einer Anode 4 und Kathode 5 an. Die elektrisch leitfähigen Platten 6 begrenzen die Brennstoffzelle anöden- bzw. kathodenseitig, wobei diese Platten mit den gasdurchlässigen Elektroden eine bauliche Einheit bilden. Ferner sind Gasanschlüsse für den Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) vorhanden.
Mehrere Einzelzellen 1 lassen sich nun zu Zellenstapeln verschalten, wobei die Polymermembran bei einer Schichtstärke von 0,05 bis 1 mm, insbesondere 0,1 bis 0,2 mm, zu einem geringeren Gesamtbauraum beiträgt.
Fig. 2 zeigt den elektrochemischen Reaktionsablauf einer Brennstoffzelle mit folgenden Teilabläufen:
- erste Einzelreaktion an der Anode 4 (H2 → 2H+ + 2e);
- Protonenwanderung durch die Polymermembran 2;
- Elektronenfluss über einen äußeren Stromkreis 7, der mit einem elektrischen Verbraucher 8 in Verbindung steht;
- zweite Einzelreaktion an der Kathode 5 (2H+ + 2e + V- 2 → H2O).
Da es zu teuer wäre, das vorhandene Tankstellennetz durch ein Wasserstoffnetz zu ersetzen, geht die Entwicklung dahin, den Wasserstoff direkt an Bord des Autos zu erzeugen, vorzugsweise aus Methanol, das sich leicht aus Erdgas oder auch aus nachwachsenden Rohstoffen gewinnen lässt und das wie Benzin getankt werden kann. Dazu ist ein Reformierungsreaktor als eine kleine Chemieanlage nötig. Ferner ist die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle mit internem Reformer unter Verwendung einer Reformerschicht bekannt (DE-A-19945667).
Als Sauerstofflieferant genügt zumeist die Luft.
Das sich bildende Wasser sorgt zudem dafür, dass das Kristallwasser des Molekularsiebes nicht aufgebraucht wird. Fig. 3 zeigt eine elektrische Beschreibung der Mischung. Dabei sind C1 und C2 kapazitive Elemente, L1 eine Induktivität und R1 der hinsichtlich Applikation interessierende Innenwiderstand der Mischung bzw. Polymermembran 2 (Fig. 1 und 2).
Bezugszeichenliste
Brennstoffzelle (Einzelzelle) protonenleitende Polymermembran Katalysatorschicht Elektrode (Anode) Elektrode (Kathode) elektrisch leitfähige Platte (bipolare Platte) äußerer Stromkreis elektrischer Verbraucher

Claims

Patentansprüche
1. Brennstoffzelle (1), umfassend wenigstens folgende Bauteile:
- eine protonenleitende Polymermembran (2) als Elektrolyt;
- Katalysatorschichten (3), die beiderseits die Polymermembran (2) überdecken;
- gasdurchlässige Elektroden in Form einer Anode (4) und Kathode (5), die an der nach außen weisenden Oberfläche der Katalysatorschichten (3) anliegen;
- elektrisch leitfähige Platten (6), die die Elektroden in dicht benachbarten Abständen elektrisch leitend berühren und gemeinsam mit den Elektroden gasführende Kanäle begrenzen; sowie
- Gasanschlüsse für die Zufuhr von Wasserstoff einerseits und Sauerstoff andererseits;
dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermembran (2) eine Mischung auf der Basis eines Polymerverschnittes ist, umfassend wiederum wenigstens
- eine erste Polymergruppe A auf der Basis eines halogenierten und/oder sulfonierten Polyalkens sowie
- eine zweite Polymergruppe B auf der Basis eines vulkanisierten Kautschuks mit polarem Charakter.
2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polymergruppe A ein halogeniertes und/oder sulfoniertes Polyethylen ist.
3. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein halogeniertes Polyalken/Polyethylen auf der Basis Fluor, Chlor oder Brom Verwendung findet.
4. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polymergruppe A ein Thermoplast ist.
5. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Polymergruppe B ein halogenierter Kautschuk auf der Basis Fluor, Chlor oder Brom ist.
6. Brennstoffzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Fluorkautschuk, Chloroprenkautschuk, Chlorbutylkautschuk oder insbesondere Brombutylkautschuk Verwendung findet.
7. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Polymergruppe B Nitrilkautschuk ist. .
8. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Polymergruppe B Acrylatkautschuk ist.
9. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der ersten Polymergruppe A > dem Anteil der zweiten Polymergruppe B ist.
10. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der ersten Polymergruppe A in der Mischung 40 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 45 bis 60 Gew.-%, beträgt, wobei die zweite Polymergruppe B einen Anteil von wenigstens 10 Gew.-% aufweist.
11. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung ein Molekularsieb mit hohem Kristallwassergehalt enthält. l
- 12 -
12. Brennstoffzelle nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb ein Metall-Aluminium-Silikat der folgenden Formel ist:
Men [(AIO2)x • (SiO2)y] • mH2O
13. Brennstoffzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall (Me) der ersten oder zweiten Hauptgruppe des Periodensystems, vorzugsweise Natrium, Verwendung findet.
14. Brennstoffzelle nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb ein Natrium-Aluminium-Silikat der folgenden Formel ist:
Na86 [(AIO2)86 • (SiO2)106] • mH2O
15. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb wenigstens 100 Mole (m), vorzugsweise wenigstens 200 Mole (m), Kristallwasser enthält.
16. Brennstoffzelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb 276 Mole (m) Kristallwasser enthält.
17. Brennstoffzelle nach Anspruch 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb ein Natrium-Aluminium-Silikat der folgenden Formel ist:
Na86 [(AIO2)86 • (SiO2)106] • 276 H2O
18. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb im Rahmen einer partiellen Dehydratisierung mit einer Säure beladen ist, und zwar unter Bildung eines Molekularsieb/Säure-Adduktes.
19. Brennstoffzelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Addukt eine Wasserstoff- und/oder Sauerstoffsäure enthält.
20. Brennstoffzelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Addukt eine wässrige Wasserstoffsäure enthält.
21. Brennstoffzelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Addukt eine wässrige Sauerstoffsäure enthält.
22. Brennstoffzelle nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Säurelösung 0,1 bis 5 molar ist.
23. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Beladungsgrad der Säure 5 % bis 30 %, vorzugsweise 15 %, beträgt.
24. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 23, insbesondere in Verbindung mit einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung Kieselsäure enthält.
25. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 24, insbesondere in Verbindung mit einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung eine Faser enthält, die mit einer Säure beladen ist, und zwar unter Bildung eines Faser/Säure-Adduktes.
26. Brennstoffzelle nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Säure beladene Cellulosefaser Verwendung findet.
27. Brennstoffzelle nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser mit Phosphorsäure, vorzugsweise in konzentrierter Form, beladen ist.
28. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Beladungsgrad der Säure 5 % bis 30 %, vorzugsweise 15 %, beträgt.
29. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 28, insbesondere in Verbindung mit einem der Ansprüche 11 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung ein Verstärkerharz, vorzugsweise unter Beimischung eines Härtungsmittels, enthält.
30. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermembran (2) gewebefrei ist.
31. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermembran (2) gewebeverstärkt ist.
32. Brennstoffzelle nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe auf der Basis von Polyamid, beispielsweise Polyamid 6.6, besteht.
33. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermembran (2) eine Schichtstärke von 0,05 mm bis 1 mm, vorzugsweise von 0,1 mm bis 0,2 mm, aufweist.
34. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich des spezifischen elektronischen Durchgangswiderstandes σe., des spezifischen protonischen Durchgangswiderstandes σp+, der Dichte p und der Strukturfestigkeit SF der Mischung folgende Parameter gelten:
σe. > 106 Ωcm
σp+ < 200 Ωcm
l^-^3- ≤ p ≤ 1 ,5 8 cm cm'
N
SF > 15 mm
35. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Νiedrigtemperatur-Brennstoffzelle Verwendung findet.
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