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Kobalt statt Platin senkt Kosten von Brennstoffzellen drastisch

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Einen neuen Katalysator, der die Kosten für die Herstellung von Brennstoffzellen drastisch senkt, haben David Kisailus, Professor für innovative Energien an der University of California und sein Team entwickelt.

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Forscher an der University of California in Riverside haben einen Werkstoff entwickelt, der sich bestens für den Aufbau von Katalysatoren in Brennstoffzellen eignet und teures Platin ablösen kann.
Forscher an der University of California in Riverside haben einen Werkstoff entwickelt, der sich bestens für den Aufbau von Katalysatoren in Brennstoffzellen eignet und teures Platin ablösen kann.
(Bild: BY 4.0 / BY 4.0)

Die Wissenschaftler setzen als Basismaterial poröse Kohlenstofffasern ein, deren Durchmesser im Nanobereich liegt. Diese kombinieren sie mit einem Materialmix auf der Basis des relativ häufig vorkommenden Elements Kobalt. Dessen Preis ist hundertmal geringer als der für Platin, ein häufig genutztes Material für Brennstoffzellen-Katalysatoren.

Elektrolyt aus Kunststoff

Kisailus hat sich die Polymerelektrolyt- oder Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) vorgenommen. Das ist eine sogenannte Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle, die zwischen 60 und 120 °C Celsius arbeitet. Ihr Charakteristikum ist ein Elektrolyt aus Kunststoff. Dieser trennt Wasserstoff von Luft beziehungsweise Sauerstoff, damit diese sich nicht explosionsartig wie bei der Knallgasexplosion miteinander verbinden, sondern langsam oxidieren und somit reduziert werden. Bei diesem Prozess fließt nutzbarer elektrischer Strom.

Der Katlysator zerlegt Wasserstoffatome in Protonen, elektrisch positiv geladene Atomkerne und negativ geladene Elektronen. Die Elektronen fließen als elektrischer Strom durch einen Verbraucher, etwa einen Motor, und kehren zur Rückseite der Membran zurück.

Bei dem Prozess entsteht nur Wasser. Wenn das System mit Sauerstoff gefüttert wird, der mit Strom produziert wird und bei dessen Erzeugung kein Kohlendioxid entsteht, bleibt die Umwelt völlig unbelastet. Katalysatoren sind der Schlüssel zur Herstellung bezahlbarer Brennstoffzellen.

Metallische Nanopartikel

Das US-amerikanische Team stellt aus den angereicherten Kohlenstoffasern mithilfe des Elektrospinnverfahrens extrem dünne, flexible Blätter her. Wenn diese auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden, bilden sich Nanopartikel aus Kobalt - die Forscher haben es auch schon mit Eisen und Nickel probiert. Kobalt war am effektivsten. Laut den Forschern, die von Kollegen der Stanford University unterstützt werden, arbeitet ihr Katalysator ebenso gut wie jener auf der Basis von Platin, wie ihn die Industrie einsetzt.

Brennstoffzellen gelten als Energielieferant der Zukunft für E-Autos. Sie sind allerdings noch bei weitem zu teuer. Ihr Vorteil gegenüber Batterien: Das Tanken von Wasserstoff beziehungsweise Erdgas dauert nicht länger als das von Benzin oder Diesel. Wird Erdgas genutzt, entsteht zwar Kohlendioxid. Wegen des hohen Wirkungsgrades von Brennstoffzellen sind die Schadstoffemissionen aber deutlich geringer als bei der Verbrennung in Motoren.

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