Teures Platin im Katalysator wird überflüssig

Katalysatoren lassen sich künftig aus billigen Werkstoffen herstellen, ohne dass die Effizienz der Brennstoffzelle leidet. Das Edelmetall wird durch eine ungewöhnliche chemische Verbindung namens Polyoxometallat ersetzt, die Bremer Forscher hergestellt haben.

Edelmetalle für die Industrie: Brennstoffzellen werden billiger, wenn sich Katalysatoren durchsetzen, die ein internationales Forscherteam entwickelt hat. Denn diese kommen völlig ohne das teure Edelmetall Platin aus.

Foto: obs/Umicore AG & Co.KG/Lowette Dimitri // info@lowette/dpa

Brennstoffzellen werden billiger, wenn sich Katalysatoren durchsetzen, die ein internationales Forscherteam entwickelt hat. Sie kommen völlig ohne das teure Edelmetall Platin aus. Damit übertrumpft das Team Jülicher und Berliner Wissenschaftler, die bei Katalysatoren 90 % des Edelmetalls einsparen. Als Basismaterial setzen die Forscher aus Bremen, Peking und von der Florida State University in Tallahassee Graphen ein, an dem einige Sauerstoffatome kleben. Graphen besteht aus einem Teppich aus bienenwabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen. Dieser Teppich ist nur eine einzige Atomlage dick.

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POM als vollwertiger Platinersatz

Darauf platzierten die Forscher Polyoxometallate (kurz POM), eine ungewöhnliche Verbindung, die Chemiker der Universität Ulm so definieren: Es handele sich um „molekulare Verbindungen aus Sauerstoff- und Metallatomen. Insbesondere mit den Metallen Vanadium, Molybdän und Wolfram bilden sich hochsymmetrische Verbindungen, sogenannte Cluster, mit faszinierenden und ungewöhnlichen Strukturen“. Die POM hat ein Team um Ulrich Kortz und Ali Haider von der privaten Jacobs University in Bremen hergestellt. POM stellte sich als vollwertiger Platinersatz heraus, ist aber erheblich billiger.

Modell der chemischen Verbindung Polyoxometallat, kurz POM.

Quelle: Universität Ulm

Völlig platinfreie Katalysatoren haben auch schon andere Forscher entwickelt. Doch die damit ausgestatteten Brennstoffzellen hatten einen erheblich geringeren Wirkungsgrad. „Bei Brennstoffzellen sind die Kosten ein ganz wichtiger Faktor“, sagt Kortz. „Wir haben nun ein hocheffizientes System entwickelt, das um ein Vielfaches billiger ist als Platin.“

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Nach 1000 Tests noch voll funktionsfähig

Der neuartige Katalysator hat gute Chancen, industriell umgesetzt zu werden. Denn die Forscher haben ihn nicht nur entwickelt. Kortz, Guangjin Zhang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Li-Kai Yan von der Northeast Normal University im chinesischen Changchun konnten das System auch theoretisch beschreiben, wichtig für die Reproduzierbarkeit.

„Es ist schon länger bekannt, dass das Polyoxometallat mit der verkürzten Summenformel P8W48 an positiv geladene Teilchen oder Oberflächen andocken kann und dabei sehr stabil ist. So kamen wir in Bremen auf die Idee, es als Katalysator zu nutzen“, sagt Kortz. „Es war ein Volltreffer. Die Effizienz unseres Katalysators war sogar noch höher als die eines Platinkatalysators. Und er funktionierte auch noch nach tausend Versuchen.“

Ein Beitrag von:

Wolfgang Kempkens

Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.