Gefaltete Graphenstruktur 27.03.2014, 07:58 Uhr

US-Forscher glauben an einen Tank aus Graphen fürs Wasserstoffauto

Ein Wasserstofftank aus Graphen könnte die Lösung sein, um Autos mit Brennstoffzelle schneller und vor allem günstiger zur Serienreife zu bringen. Forscher der amerikanischen Universität von Maryland glauben, dass Graphen ein erstaunlich geeignetes Speichermedium für Wasserstoff darstellt.

Gefaltete Graphenstruktur zur Speicherung von Wasserstoff: US-Forscher glauben, dass sich Graphen eignen kann, um größere Mengen Wasserstoff etwa in einem Auto mit Brennstoffzelle speichern zu können.

Gefaltete Graphenstruktur zur Speicherung von Wasserstoff: US-Forscher glauben, dass sich Graphen eignen kann, um größere Mengen Wasserstoff etwa in einem Auto mit Brennstoffzelle speichern zu können.

Foto: University of Maryland

Die US-Forscher haben jetzt in einer Computersimulation gezeigt, wie sich der „Wunderwerkstoff“ Graphen zu einer dreidimensionen Schachtel falten lässt, in der sich Wasserstoff speichern lässt. Das nächste Ziel des Forschungsteams ist es nun, über Experimente die Ergebnisse der Simulation tatsächlich in der Realität unter Beweis zu stellen. Die Computersimulation ist in der Zeitschrift ACS nano der American Chemical Society in Washington eingehend beschrieben.

Das Graphen wird gefaltet – ähnlich wie Papier

Die Forscher aus Maryland sprechen von Origami, wenn sie den Prozess der Faltung von Graphen beschreiben. Origami ist der japanische Name einer uralten „Technik“, wie sich aus Papier die verschiedensten Dinge falten lassen, beispielsweise Vögel oder andere Tiere. Bei der Computersimulation wird Graphen mit Hilfe einer so genannten Hydrierung mittels Wasserstoffatomen zu einer dreidimensionalen Box gefaltet, in der dann wiederum Wasserstoff gespeichert wird. Im Einzelnen geschieht das dadurch, dass das Graphen in ein Muster geschnitten wird. Die Faltung tritt durch Wasserstoffatome ein, die sich an die Kohlenstoffatome binden.

Hohe Lagerfähigkeit von Wasserstoff

Das amerikanische Energieministerium gibt die Mindestziele für die Wasserstoffspeicherung vor. Derzeit lautet das Ziel auf 5,5 Prozent je Gewichtseinheit erreichbar bis zum Jahre 2017. Bis 2020 soll dieser Wert auf 7,5 Prozent steigen. Gegenwärtig liegt der tatsächlich erreichte Wert in der Größenordnung von einem Prozent. Die Schwierigkeit, diesen niedrigen Wert kräftig zu erhöhen, liegt vor allem bei den Strukturen der Nanoröhrchen aus Kohlenstoff oder Fullerene, die recht instabil sind. Die Forscher aus Maryland haben für ihre mit der Origami-Technik hergestellte Graphen-Box in der Simulation einen Speicherwert von immerhin 9,7 Prozent je Gewichtseinheit erreicht und sehen weitere Steigerungsmöglichkeiten.

Das entspricht immerhin schon fast dem Zehnfachen der bisherigen Norm. Auffällig ist dabei eine besonders hohe Speichers-tabilität.

Graphen-Origami als Trick

Bei der Graphen-Faltung entsteht ein elektrisches Feld, das dazu genutzt wird, die Strukturen wieder teilweise zu entfalten. Danach wird dieser „Trick“ immer wieder aufs Neue wiederholt. Daraus ergibt sich schließlich das besonders hohe Wasserstoffspeicher-Potenzial. 

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