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10. Oktober 2020

Wasserstoff

Langlebige Brennstoffzellen

Einem internationalen Forschungsteam unter Leitung der Universität Bern ist es gelungen, einen Elektrokatalysator für Wasserstoff-Brennstoffzellen zu entwickeln, der im Gegensatz zu den heute üblichen Katalysatoren ohne Kohlenstoffträger auskommt und dadurch deutlich stabiler ist. Das neue Verfahren ist industriell anwendbar und kann zur weiteren Optimierung von brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen ohne CO2-Ausstoss genutzt werden.

Brennstoffzellen gewinnen als Alternative zur batteriebetriebenen Elektromobilität im Schwerverkehr an Bedeutung, insbesondere da Wasserstoff ein CO2-neutraler Energieträger ist, wenn er aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird. Für eine effiziente Arbeitsweise benötigen Brennstoffzellen einen Elektrokatalysator, der die elektrochemische Reaktion, bei der Strom erzeugt wird, verbessert. Die heute standardmässig dafür eingesetzten Katalysatoren aus Platin-Kobalt-Nanopartikeln besitzen gute katalytische Eigenschaften und benötigen nur so wenig wie nötig an seltenem und teurem Platin. Damit der Katalysator in der Brennstoffzelle eingesetzt werden kann, muss er über eine Oberfläche mit sehr kleinen Platin-Kobalt-Partikeln im Nanometer-Bereich verfügen, die auf ein leitfähiges Trägermaterial aus Kohlenstoff aufgetragen wird. Da die kleinen Partikel und auch der Kohlenstoff in der Brennstoffzelle Korrosion ausgesetzt sind, verliert die Zelle mit der Zeit an Effizienz und Stabilität.
Einem internationalen Team unter Leitung von Professor Matthias Arenz vom Departement für Chemie und Biochemie (DCB) der Universität Bern ist es nun gelungen, mittels eines speziellen Verfahrens einen Elektrokatalysator ohne Kohlenstoffträger herzustellen, der im Gegensatz zu bestehenden Katalysatoren aus einem dünnen Metallnetzwerk besteht und dadurch langlebiger ist. «Der von uns entwickelte Katalysator erreicht eine grosse Leistungsfähigkeit und verspricht einen stabilen Brennstoffzellenbetrieb auch bei höherer Temperatur und hoher Stromdichte» sagt Matthias Arenz.
«Diese Technologie ist industriell skalierbar und kann somit auch für grössere Produktionsvolumen beispielweise in der Fahrzeugindustrie eingesetzt werden», sagt Matthias Arenz. Mit dem Verfahren kann die Wasserstoff-Brennstoffzelle weiter für den Einsatz im Strassenverkehr optimiert werden. «Unsere Erkenntnisse sind somit von Bedeutung für die Weiterentwicklung von nachhaltiger Energienutzung, insbesondere angesichts der aktuellen Entwicklungen im Mobilitätssektor für den Schwerverkehr», sagt Arenz.
Die Resultate wurden im Fachjournal Nature Materials publiziert. Die Studie ist eine internationale Zusammenarbeit des DCB unter anderen mit der Universität Kopenhagen und dem Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie, bei der auch die Infrastruktur der Swiss Light Source (SLS) am Paul Scherrer Institut zum Einsatz kam.

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