Unverwüstliche Brennstoffzelle 10.08.2013, 07:16 Uhr

Katalysator aus feinsten Fäden beschleunigt die Stromproduktion

Nanostrukturierter Schaumstoff aus Edelmetallen lässt Brennstoffzellen für Elektrofahrzeuge länger leben. Außerdem sinken dank einer deutsch-schweizerischen Forschungsallianz die Kosten.

Eine Brennstoffzelle, in der deutlich weniger Edelmetalle verbaut werden, die aber trotzdem erheblich langlebiger ist, haben die Forscher Thomas Justus Schmidt, Leiter des Labors für Elektrochemie und Rüdiger Kötz, Leiter der Gruppe für Elektrokatalyse und Grenzschichten, entwickelt.

Eine Brennstoffzelle, in der deutlich weniger Edelmetalle verbaut werden, die aber trotzdem erheblich langlebiger ist, haben die Forscher Thomas Justus Schmidt, Leiter des Labors für Elektrochemie und Rüdiger Kötz, Leiter der Gruppe für Elektrokatalyse und Grenzschichten, entwickelt.

Foto: Markus Fischer/ Paul Scherrer Institut

Brennstoffzellen, die Wasserstoff in Verbindung mit Sauerstoff aus der Luft in Strom und Wasser verwandeln, sind ideale Kraftspender für die Elektromobilität. Sie haben nur zwei Nachteile: Sie sind so teuer, dass nur Liebhaber sie sich leisten wollen, und ihre Lebensdauer ist zu gering.

Aerogel aus einer Platin-Palladium-Legierung

Beide Probleme haben Wissenschaftler aus der Schweiz und aus Dresden jetzt gelöst, vorerst im Labor. Sie haben die Menge an Edelmetallen, die die normalerweise träge Umsetzung von Sauerstoff in Wasser massiv beschleunigen,  auf ein Fünftel reduziert und ihre Langzeit-Stabilität deutlich erhöht. Das schafften sie mit einem so genannten Aerogel aus einer Platin-Palladium-Legierung. Das ist eine Art Schaumstoff, der aus nanofeinen Edelmetallfäden besteht. Die Durchmesser der Poren liegen ebenfalls im Nanobereich (ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter). Das Aerogel bildet den Pluspol (Anode) der Zelle.

Elektronenmikroskopische Aufnahmen des Platin-Palladium-Aerogels (bei einem Verhältnis von 50 Prozent Platin und 50 Prozent Palladium).

Elektronenmikroskopische Aufnahmen des Platin-Palladium-Aerogels (bei einem Verhältnis von 50 Prozent Platin und 50 Prozent Palladium).

Quelle: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Damit gelang den Forschern der Technischen Universität Dresden und des Paul Scherrer Instituts im schweizerischen Villigen ein weltweit bisher einmaliges Kunststück. Sie sind die ersten, die ein Aerogel aus einer Metalllegierung hergestellt haben. Bisher gelang das nur mit Oxiden oder reinen Metallen. In Brennstoffzellen heutiger Bauart befindet sich das reaktionsbeschleunigende Edelmetall auf und in einem porösen Kohlenstoffträger. Ein Teil des Luftsauerstoffs, der in Wasser umgesetzt werden soll, reagiert mit dem Kohlenstoff, sodass dieser mit der Zeit seine Stabilität verliert. Dann muss er ausgetauscht oder die gesamte Zelle durch eine neue ersetzt werden.

Gefahr durch Beschleunigen und Bremsen

Das Aerogel ist dagegen so stabil, dass es beinahe ewig hält. Das liegt nicht zuletzt daran, dass der Sauerstoff an der Anode so schnell umgesetzt wird, dass ihm keine Zeit bleibt, zerstörerisch zu wirken. Gefährdet sind herkömmliche Anoden auf Kohlenstoffbasis vor allem durch die Betriebsbedingungen von Autos mit vielen Lastwechseln beim Beschleunigen und Bremsen. Dagegen sind Aerogele beinahe völlig immun, wie Langzeittests im Labor zeigten. Dabei simulierten die Wissenschaftler reale Fahrbedingungen.

Die Schweizer Forscher arbeiten seit zehn Jahren an der Weiterentwicklung der für die Elektromobilität besonders gut geeigneten Niedertemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen. Den Durchbruch schaffte jetzt eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe, geleitet von  den PSI-Wissenschaftlern Thomas Justus Schmidt, Leiter des Labors für Elektrochemie, und Rüdiger Kötz, Spezialist für Elektrokatalyse und Grenzschichten, sowie von Professor Alexander Eychmüller, der in Dresden Physikalische  Chemie lehrt.

Stellenangebote im Bereich Forschung & Entwicklung

WITTENSTEIN SE-Firmenlogo
WITTENSTEIN SE Entwicklungsingenieur (w/m/d) Igersheim-Harthausen
Stanley Black & Decker Deutschland GmbH-Firmenlogo
Stanley Black & Decker Deutschland GmbH Entwicklungsingenieur / Konstrukteur (m/w/d) Idstein (Taunus)
PWK Automotive GmbH-Firmenlogo
PWK Automotive GmbH Leiter Engineering (m/w/d) – Produkt- und Verfahrensentwicklung Krefeld
odelo GmbH-Firmenlogo
odelo GmbH Entwicklungsingenieur (m/w/d) Lichttechnik in der Abteilung Vorausentwicklung Stuttgart
HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst-Firmenlogo
HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Chemieingenieur (m/w/d) Göttingen
IAV GmbH-Firmenlogo
IAV GmbH Abteilungsleiter (m/w/d) – Powertrain Gifhorn
SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG-Firmenlogo
SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG Entwicklungsingenieur Prüfsysteme (w/m/d) Bruchsal
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V (DLR)-Firmenlogo
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V (DLR) Abteilungsleiter (m/w/d) Leitung der Abteilung Brennkammer Köln
FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR WINDENERGIESYSTEME IWES-Firmenlogo
FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR WINDENERGIESYSTEME IWES Wissenschaftlicher Mitarbeiter (m/w/d) Entwicklung neuer Planungstools für die Installation von Offshore-Windparks Bremerhaven, Bremen, Hamburg
Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES-Firmenlogo
Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES Wissenschaftliche/r Mitarbeiter/in für die Untersuchung von Betriebs- und Wartungsstrategien für Offshore-Windparks Bremerhaven, Bremen, Hamburg

Alle Forschung & Entwicklung Jobs

Top 5 Forschung