Elektrode aus Nickel 26.08.2014, 14:04 Uhr

Forschern genügt einfache 1,5-Volt-Batterie zur Herstellung von Wasserstoff

Amerikanische und deutsche Forscher haben eine neue effektive und kostengünstige Methode zur Wasserstoffgewinnung gefunden. Dabei müssen keine Edelmetalle mehr zur Spaltung von Wasser eingesetzt werden. 

Reines Wasser bei Zimmertemperatur in Wasser- und Sauerstoff aufzuspalten ist eine energieaufwändige Sache. Zudem braucht man Elektroden aus Edelmetallen, die den Strom einleiten. In großtechnischen Elektrolyseuren wird Wasser, das mit ätzenden Säuren oder Basen angereichert ist, bei hohen Temperaturen und hohem Druck gespalten. Nur so lässt sich ein akzeptabler Wirkungsgrad erreichen.

Gute Ergebnisse bei Zimmertemperatur und Normaldruck

Jetzt haben US-Wissenschaftler eine Elektrode entwickelt, die ebenso wirkungsvoll ist wie Edelmetalle. Sie bringt schon bei Zimmertemperatur, Normaldruck und niedrigen elektrischen Spannungen gute Ergebnisse. Zudem ist eine Anreicherung des Wassers mit Säuren oder Basen überflüssig. Die Forscher demonstrierten das mit einem Experiment, bei dem sie als Stromquelle eine kleine 1,5-Volt-Zelle einsetzten.

Die Elektrode besteht aus reinem Nickel und Nickeloxid, billigen Werkstoffen, denen Ming Gong, Student an der Stanford Universität in Kalifornien eine besondere Struktur verpasste. Wie sie genau aussieht, verrät er natürlich ebenso wenig wie Chemieprofessor Hongjie Dai, der Ming Gong betreut. Warum die Struktur so gut funktioniert, verstehen die Beiden auch noch nicht so richtig, wie sie gestehen. „Als wir herausfanden, dass ein nickelbasierter Katalysator genauso effektiv ist wie Platin, war das eine absolute Überraschung“, sagt Hongjie Dai.

Noch ist Lebensdauer der neuen Batterie zu gering

Die Entwicklung hat möglicherweise große Bedeutung für Kalifornien. Der südkoreanische Autohersteller Hyundai verkauft dort bereits Elektroautos, die ihre Energie aus Brennstoffzellen beziehen, die mit Wasserstoff betrieben werden. Toyota und Honda wollen im nächsten Jahr nachziehen. Der Wasserstoff, den sie tanken, stammt im wesentlichen aus Erdgas, weil dieser Prozess billiger ist als die Elektrolyse.

Daher fahren diese Autos zwar emissionsfrei, weil bei der Stromerzeugung in Brennstoffzellen lediglich Wasserdampf frei wird. Bei der Herstellung des Wasserstoffs entsteht allerdings mindestens so viel Klimagas, wie die Fahrzeuge später wieder einsparen.

Die neuen Elektroden sind noch nicht einsetzbar, weil sie noch einen entscheidenden Nachteil haben: Sie zersetzen sich innerhalb von wenigen Tagen. Die Stanford-Wissenschaftler arbeiten jetzt daran, die Lebensdauer entscheidend zu verbessern.

Noch kein kommerzieller Einsatz

Eine ähnlich überraschende Entdeckung machten Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology im amerikanischen Cambridge vor sechs Jahren. Gemeinsam mit Kollegen des Fraunhofer-Instituts für solare Energiesysteme in Freiburg und Experten des Stuttgarter Konzerns Bosch entwickelten sie eine Elektrode aus Kobalt und Phosphor, die ähnlich effektiv arbeitet wie eine Platinelektrode.

Die neuen Elektroden werden noch nicht kommerziell eingesetzt, weil großtechnische Anlagen, die mit Säuren oder Basen sowie hohem Druck und hoher Temperatur arbeiten, effektiver sind. Interessant könnten die Innovationen für die heimische Nutzung werden. Damit ausgestattete Elektrolyseure könnten Wasserstoff aus überschüssigem Strom produzieren, den Solarzellen auf dem Dach liefern.

 

Von Wolfgang Kempkens

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