Effizienz der Wasserstoffautos 04.06.2015, 10:30 Uhr

Toyota gelingt Durchbruch bei Brennstoffzellen

Toyota ist ein Durchbruch in der Brennstoffzellenforschung gelungen: Der japanische Autohersteller hat herausgefunden, warum Platinkatalysatoren mit der Zeit an Leistung einbüßen. Diese Erkenntnis soll zu günstigeren Wasserstoffautos führen. 

Der Toyota Mirai (FCV): Das Auto tankt Wasserstoff, aus dem Auspuff tropft lediglich harmloser Wasserdampf. Bisherige Schwachstelle ist die Reaktionsfähigkeit des Platinkatalysators. 

Der Toyota Mirai (FCV): Das Auto tankt Wasserstoff, aus dem Auspuff tropft lediglich harmloser Wasserdampf. Bisherige Schwachstelle ist die Reaktionsfähigkeit des Platinkatalysators. 

Foto: Toyota

Die Stromerzeugung in einer Brennstoffzelle, die auf einer chemischen Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff beruht, ist nur mithilfe stabilisierender edelmetallhaltiger Katalysatoren, meistens aus dem Edelmetall Platin, möglich. Ohne Letztere würden Wasserstoff und Sauerstoff nicht miteinander reagieren. Derzeit sind immerhin noch etwa 30 g Platin notwendig, um eine Brennstoffzelle zum normalen Arbeiten zu bringen.

Ein Forschungsteam von Toyota und Japan Fine Ceramics Center (JFCC) in Nagoya hat nun eine Beobachtungstechnik entwickelt, mit der es möglich ist, das Verhalten nanometerdicker Platinpartikel bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen zu überwachen. Die japanischen Forscher haben dabei erstmals Antworten auf die Frage erhalten, warum Brennstoffzellen mit der Zeit kontinuierlich an Leistung einbüßen. Es liegt an der verringerten Reaktionsfähigkeit des Platins, die dadurch entsteht, dass sich einzelne Platin-Nano-Teilchen zu immer größeren Strukturen verbinden. Die chemisch wirksame Oberfläche wird dadurch mit der Zeit immer kleiner.

Brennstoffzellenpartikel unter der Lupe

Bislang war es nur möglich, diese sogenannte Vergröberung der Platin-Nanoteilchen durch einen Vorher-Nachher-Vergleich festzustellen. Es gab aber keine Einblicke in den Prozess selbst, der zu dieser Vergröberung führte. Toyota konnte deswegen bislang lediglich Vermutungen zu den Ursachen anstellen. Das neue Beobachtungsverfahren bringt nun eine ganze Reihe von Neuerungen und Erleichterungen in der Forschungsarbeit mit sich.

Nanometerdicke Platinpartikel bei 64-facher Vergrößerung: Mit der Zeit nähern sich die Partikel einander an und verklumpen schließlich. Das verringert ihre Reaktionsfähigkeit. 

Nanometerdicke Platinpartikel bei 64-facher Vergrößerung: Mit der Zeit nähern sich die Partikel einander an und verklumpen schließlich. Das verringert ihre Reaktionsfähigkeit.

Quelle: Toyota

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Infineon-Firmenlogo
Senior Manager IT MES (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
Infineon-Firmenlogo
Ingenieur Prüftechnik Leistungshalbleitermodule (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
Infineon-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Elektrotechnik (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in / Bauleiter*in (m/w/d) für Großprojekte der Bereiche Infrastruktur (Freileitung, Kabeltiefbau, Bahn) THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover,Hamburg Zum Job 
CARVEX Verfahrenstechnologie für Lebensmittel und Pharma GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Verfahrenstechnik (m/w/d) CARVEX Verfahrenstechnologie für Lebensmittel und Pharma GmbH
Bad Hönningen Zum Job 
ABL GmbH-Firmenlogo
Senior Software Developer (m/w/d) eMobility ABL GmbH
Lauf a. d. Pegnitz Zum Job 
Albert Handtmann Maschinenfabrik GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Versuchsingenieur (m/w/d) Albert Handtmann Maschinenfabrik GmbH & Co. KG
Biberach Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Java Entwickler / Informatiker (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Elektrokonstrukteur EPLAN P8/ELCAD (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Elektroniker/Elektrotechniker (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Triathlon Batterien GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Arbeitsvorbereitung Batteriemontage / Batteriefertigung für Lithium-Ionen-Batterien Triathlon Batterien GmbH
Glauchau Zum Job 
Murrelektronik-Firmenlogo
Embedded Software Funktionstester / Applikationstester (m/w/d) Murrelektronik
Oppenweiler, Kirchheim unter Teck (Home-Office) Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Sales Manager - Deployable Solutions (d/m/w) Airbus
Raum Friedrichshafen Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Synthetic Imagery & Sensor Simulation System Engineer Airbus
Raum Toulouse (Frankreich) Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Synthetic Imagery & Sensor Simulation System Engineer Airbus
Raum Toulouse (Frankreich) Zum Job 
Collins Aerospace-Firmenlogo
Produktionsplaner (m/w/d) Collins Aerospace
Nördlingen Zum Job 
Collins Aerospace-Firmenlogo
Strategischer Einkäufer (m/w/d) Collins Aerospace
Nördlingen Zum Job 
Deutsche Aircraft GmbH-Firmenlogo
Systems Engineer - Cooling Systems Power Electronics (f/m/d) Deutsche Aircraft GmbH
Weßling Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger (m/w/d) Anlagensicherheit TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH
Darmstadt Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger Elektrotechnik (m/w/d) TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH

Herzstück der Methode ist eine einsehbare Probe, die das exakte Umfeld und die Bedingungen in der Brennstoffzelle simuliert. Damit wird es möglich, Punkte auf dem Karbonträgermaterial zu entdecken, an denen sich das Platin zusammenschließt. Außerdem lässt sich die Stromabgabe während des Vergröberungsprozesses in Echtzeit feststellen.

Mehrere Platinpartikel haben sich miteinander verbunden: Das senkt die chemisch wirksame Oberfläche. 

Mehrere Platinpartikel haben sich miteinander verbunden: Das senkt die chemisch wirksame Oberfläche.

Quelle: Toyota

Die neue Technik kann auch dazu beitragen, unterschiedliche Eigenschaften verschiedener Trägermaterialien zu analysieren.

Wasserstoffautos könnten günstiger werden

Der jüngste Forschungsdurchbruch ist vor allem deshalb von großer Bedeutung, weil das Edelmetall Platin so selten und teuer ist. Von einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit des Katalysatormaterials verspricht sich Toyota entscheidende Fortschritte für die Wirtschafltichkeit von Autos, die Wasserstoff als Treibstoff nutzen. Auf die Frage nach einer prozentualen Steigerung der Wirtschaftlichkeit gibt Toyota bisher noch keine Antwort.

 

Ein Beitrag von:

  • Peter Odrich

    Peter Odrich studierte Betriebswirtschaftslehre mit Schwerpunkt Verkehrsbetriebe. Nach 28 Jahren als Wirtschaftsredakteur einer deutschen überregionalen Tageszeitung mit langer Tätigkeit in Ostasien kehrte er ins heimatliche Grossbritannien zurück. Seitdem berichtet er freiberuflich für Zeitungen und Technische Informationsdienste in verschiedenen Ländern. Dabei stehen Verkehrsthemen, Metalle und ostasiatische Themen im Vordergrund.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.