B.3 Hydrogels for enzymatic fuel cells

PhD Studen: Gregor Osterwinter

Ziel des Projektes B3 ist die Synthese neuartiger Redoxhydrogele für enzymatische Biobrennstoffzellen. In einem zweistufigen Prozess werden zunächst Redoxpolymere hergestellt, die durch einen darauf folgenden Belichtungsschritt zu Polymernetzwerken verknüpft werden können. Die Vernetzung findet durch eine photochemische Reaktion statt. Redoxhydrogele bestehen im Wesentlichen aus drei Bestandteilen: Einem hydrophilen Rückgrat, einem Vernetzer und einer Mediatorkomponente. Der Vernetzer verbindet die Polymerketten zu Polymernetzwerken und der Mediator sorgt für den Ladungstransport durch das Hydrogel. Als Energieträger in den Biobrennstoffzellen werden Zucker oder Alkohole an der Anode sowie beispielsweise Sauerstoff an der Kathode umgesetzt. Die erhaltenen Ladungen können anschließend über die Mediatoren durch das Hydrogel zu den Elektroden gelangen. Außerdem können Enzyme, welche die Umsatzreaktionen katalysieren, in dem Polymernetzwerk immobilisiert werden. Eine Herausforderung stellt die Synthese von hydrophilen Vernetzern dar, welche das Quellungsverhalten und somit den Ladungstransport durch das Redoxhydrogel entscheidend verbessern.

 Schema der Herstellung eines Redox-Hydrogels