Billig-Katalysator macht Brennstoffzellen attraktiv
Drastische Kostensenkung über den Ersatz von Platin durch Kobalt
Fasern mit Nanopartikeln ermöglichen flexiblen Katalysator (Fotos: ucr.edu)
Riverside/Stanford (pte/26.01.2018/12:30) Einen neuen Katalysator,
der die Kosten für die Herstellung von Brennstoffzellen drastisch
senkt, haben David Kisailus, Professor für innovative Energien an der
University of California
http://ucr.edu ,
und sein Team entwickelt. Sie setzen als Basismaterial poröse
Kohlenstofffasern ein, deren Durchmesser im Nanobereich liegt. Diese
kombinieren sie mit einem Materialmix auf der Basis des relativ häufig
vorkommenden Elements Kobalt. Dessen Preis ist hundertmal geringer als
der für Platin, ein häufig genutztes Material für
Brennstoffzellen-Katalysatoren.
Elektrolyt aus Kunststoff
Kisailus hat sich die Polymerelektrolyt- oder
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) vorgenommen. Das ist
eine sogenannte Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle, die zwischen 60 und
120 Grad Celsius arbeitet. Ihr Charakteristikum ist ein Elektrolyt aus
Kunststoff. Dieser trennt Wasserstoff von Luft beziehungsweise
Sauerstoff, damit diese sich nicht explosionsartig wie bei der
Knallgasexplosion miteinander verbinden, sondern langsam oxidieren und
somit reduziert werden. Bei diesem Prozess fließt nutzbarer elektrischer
Strom.
Der Kat zerlegt Wasserstoffatome in Protonen, elektrisch positiv
geladene Atomkerne und negativ geladene Elektronen. Die Elektronen
fließen als elektrischer Strom durch einen Verbraucher, etwa einen
Motor, und kehren zur Rückseite der Membran zurück. Bei dem Prozess
entsteht nur Wasser. Wenn das System mit Sauerstoff gefüttert wird, der
mit Strom produziert wird und bei dessen Erzeugung kein Kohlendioxid
entsteht, bleibt die Umwelt völlig unbelastet. Katalysatoren sind der
Schlüssel zur Herstellung bezahlbarer Brennstoffzellen.
Metallische Nanopartikel
Das US-amerikanische Team stellt aus den angereicherten
Kohlenstoffasern mithilfe des Elektrospinnverfahrens extrem dünne,
flexible Blätter her. Wenn diese auf eine bestimmte Temperatur gebracht
werden, bilden sich Nanopartikel aus Kobalt - die Forscher haben es auch
schon mit Eisen und Nickel probiert. Kobalt war am effektivsten. Laut
den Forschern, die von Kollegen der Stanford University http://stanford.edu unterstützt werden, arbeitet ihr Katalysator ebenso gut wie jener auf der Basis von Platin, wie ihn die Industrie einsetzt.
Brennstoffzellen gelten als Energielieferant der Zukunft für E-Autos.
Sie sind allerdings noch bei weitem zu teuer. Ihr Vorteil gegenüber
Batterien: Das Tanken von Wasserstoff beziehungsweise Erdgas dauert
nicht länger als das von Benzin oder Diesel. Wird Erdgas genutzt,
entsteht zwar Kohlendioxid. Wegen des hohen Wirkungsgrades von
Brennstoffzellen sind die Schadstoffemissionen aber deutlich geringer
als bei der Verbrennung in Motoren.
(Ende)
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