(Elektro-)chemischer Membranreaktor

Polymerelektrolytmembranen (PEM) bestehen aus Ionomerwerkstoffen, bei denen saure oder basische Funktionalitäten den Ionenstrom durch das Material bestimmen. Unsere Spezialität ist die Einführung einer zusätzlichen anorganischen Phase in das Polymer, um die chemische, mechanische und thermische Stabilität zu erhöhen und die Barrierefunktion für andere Substanzen, z. B. Brennstoffe, Oxidationsmittel und Zwischenprodukte. Schwerpunkte unserer Arbeit sind Brennstoffzellen, Elektrolyseure und die elektrochemische Umwandlung von Kohlendioxid in hochwertige chemische Produkte. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Schnittstelle zwischen der Elektrode, der Katalysatorschicht und der Membran.

Unter anderem für Alkohol-Brennstoffzellen haben wir ein wässriges Bindemittelsystem auf sPEEK-Basis (sulfonated poly[ether ether ketone]) entwickelt, um die Kompatibilität dieser Schichten zu optimieren und die Schichten mittels Siebdrucktechnik zu applizieren. Die Anforderungen an diese Schichten reichen dabei von einer geeigneten Porosität für die Zuführung und Entfernung von Reaktanten bis hin zu einem geringen elektrischen Widerstand.

Membranen können allerdings nicht nur für elektrochemische Prozesse verwendet werden, sondern auch für die Verschiebung thermodynamischer Gleichgewichte – wie etwa bei der Wasserspaltung oder zur Verringerung der kinetischen Hinderung (wie bei der Treibhausgas/Lachgas-Spaltung). Reaktanten lassen sich mithilfe von Membranen dosieren (etwa für die selektive Hydrogenisierung) und mittels katalytisch aktiven Membranoberflächen können Mikroschadstoffe wirksam beseitigen.

Unsere Forschung

Membranen für Direkt-Ethanol-Brennstoffzellen

Das Fraunhofer IGB entwickelt innovative Membranen für die elektrokatalytische Konversion von Ethanol in Direkt-Ethanol-Brennstoffzellen.