C - Chemistry – Metallurgy – 08 – J
Patent
C - Chemistry, Metallurgy
08
J
C08J 5/22 (2006.01) B01D 69/12 (2006.01) B01D 69/14 (2006.01) B01J 31/06 (2006.01) B01J 35/06 (2006.01)
Patent
CA 2372693
The invention relates to a composite membrane that consists of organic functional polymers and ceramic nanoparticles (1 - 100 nm), except for phyllosilicates and tectosilicates, with intercalating water and/or a high surface concentration in acidic/alkaline groups (for example hydroxyl) and water. The use of such particles allows a sufficiently high mechanical stability of the composite material and a stabilization of the proton concentration in the membrane that is necessary for the conductivity up to an operating temperature of 300 ~C. The inventive composite material is characterized by the interfaces that are formed in the microheterogeneous mixture between the polymer and the ceramic powder. Said interfaces, if formed in a sufficiently high quantity (high phase share of nanoscale particles) allow a transport of the protons at a low pressure and at temperatures of more than 100 ~C. If the polymer/ceramic particle boundary layer is modified by means of boundary groups that have different polarities, preferably at the polymer skeleton, the local establishment of equilibrium and thus the binding strength of the proton charge carriers is influenced. This effect can be used, for example for alcohol/water mixtures as a fuel, to reduce the MeOH passage (Me = CH3, C2H5, C3H7, ...) across the membrane, which is especially important for the development of efficient direct methanol fuel cells. In addition to its use in fuel cells, the inventive membrane can also be used in the field of energy and process technology, in which water vapor is produced or required in addition to electric current or in which (electro)chemically catalyzed reactions are carried out at increased temperatures at a pressure that ranges from the atmospheric pressure to elevated working pressures or that are carried out in a water vapor atmosphere. The invention further relates to a method for producing and processing such a composite membrane.
L'invention concerne une membrane composite de polymères fonctionnels organiques et de nanoparticules céramiques (1 - 100 nm), à l'exception du tectosilicate et du phyllosilicate, avec eau intercalaire et/ou forte concentration superficielle en groupes acides/basiques (par exemple, hydroxyle) et en eau. L'utilisation de telles particules permet d'obtenir, outre une stabilité mécanique suffisamment élevée du matériau composite, une stabilisation de la concentration protonique requise pour la conductivité, dans la membrane, à des températures d'utilisation allant jusqu'à 300 ·C. On mentionne comme point essentiel, les surfaces de séparation entre polymère et poudre céramique, se formant dans le mélange micro-hétérogène, surfaces qui permettent d'obtenir, pour un nombre suffisamment élevé de particules nanométriques dans une portion de phase, un transport protonique à de faibles pressions et à des températures supérieures à 100 ·C. La modification de la couche marginale de polymère/particules de céramique, au moyen de groupes marginaux de polarité différente, de préférence sur le squelette du polymère, influence le réglage local de l'équilibre et, de ce fait, la force de liaison des porteurs de charge protoniques. De cette façon, on a, par exemple en utilisant des mélanges alcool-eau comme combustible, la possibilité de réduire le passage de MeOH (Me = CH¿3?, C¿2?H¿5?, C¿3?H¿7?,...) à travers la membrane, ce qui est important notamment pour le développement de piles à combustible à méthanol direct à rendement amélioré. On mentionne comme domaines d'application, hormis les piles à combustible, les domaines des techniques d'énergie et de procédés nécessitant la production de vapeur d'eau, en plus du courant électrique, ou dans lesquels on est amené à effectuer des réactions catalysées chimiquement ou électrochimiquement à des températures élevées, sous des pressions allant de la pression atmosphérique à des pressions de travail élevées, et/ou en atmosphère de vapeur d'eau. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication et de traitement de la membrane composite précitée.
Kerres Jochen
Nicoloso Norbert
Schafer Gunther
Ridout & Maybee Llp
Universitat Stuttgart Institut Fur Physikalische Elektronik
LandOfFree
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Profile ID: LFCA-PAI-O-1734853