Effects of oxide incorporation in proton conducting organic electrolytes [article]

Seniz Sörgel, Universität Stuttgart, Universität Stuttgart
2009
In dieser Arbeit wurden die mit der Einlagerung von diversen oxidischen Partikeln ( z. B. ZrO2, TiO2, Al2O3) in protonenleitfähige, organische Elektrolyte verbundenen Effekte untersucht. Einerseits wurde Imidazol als Modell für einen schwachen flüssigen Elektrolyten ausgewählt. Andererseits wurde eine für die Praxis sehr bedeutende, hoch protonenleitfähige Gruppe von perfluorierten aliphatischen Sulfonaten betrachtet, zu denen auch das bekannte Nafion zählt. Im ersten Teil konnte erstmals
more » ... nnte erstmals gezeigt werden, das sich das Konzept des heterogenen Dopings auch auf einen schwach protonenleitfähigen Flüssigelektrolyten übertragen lässt. So konnte eine signifikante Erhöhung der Protonenleitfähigkeit des Gesamtsystems durch die Beimischung von oxidischen Nanopartikeln erzielt werden. Die Impedanz-Spektrokopie wurde an Dispersionen verschiedener oxidischer Nanopartikel in Imidazol als Funktion der Temperatur und Partikelkonzentration durchgeführt. Die höchste Ionenleitfähigkeit wurde für das Composit mit eingelagertem, erhitztem sZrO2 erzielt, nämlich 1.66 x 10-2 -1 cm-1 bei T = 90 °C, was einer Erhöhung um einen Faktor von ~10 verglichen mit reinem ImiH bei der gleichen Temperatur entspricht. Die Compositmaterialien mit Oxidpartikeln, deren Oberflächen die höchste Aktivität und Dichte von Säuregruppen aufweisen, zeigen auch die ausgeprägteste Leitfähigkeitserhöhung. Die Ergebnisse wurden quantitativ im Rahmen des Konzepts des heterogenen Dopings verarbeitet. Die Ergebnisse wurden quantitativ im Rahmen des Konzepts des heterogenen Dopings verarbeitet. Die Protonenleitfähigkeiten, welche durch Anwendung des Konzepts des heterogenen Dopings berechnet wurden, sind im Einklang mit den gemessenen Leitfähigkeiten. Die Ergebnisse aus den Zeta-Potential-Messungen zeigen, dass die Oberflächenladungen der Oxidpartikel durch die Zugabe von Imidazol sehr stark zunehmen. Dies geht mit der Ausbildung einer Raumladungsschicht auf der Oxidpartikeloberfläche konform, welche aus der beschriebenen Ionenadsorption resultiert. In den beschriebe [...]
doi:10.18419/opus-6721 fatcat:3p464kzn75dkfi3yeyk5b3d6re