Wasserstoff: Brennstoffzelle nutzt Torf statt Platin
Am Helmholtz-Zentrum Berlin(öffnet im neuen Fenster) hat ein Forschungsteam untersucht, unter welchen Voraussetzungen ein Katalysator aus Eisen, Stickstoff und Kohlenstoff in Brennstoffzellen eingesetzt werden kann. Der Vorteil: Er könnte komplett aus Torf hergestellt werden und würde das teure sowie extrem seltene Platin ersetzen.
Bekannt war bereits, dass manche kohlenstoffbasierte Katalysatoren, die zudem Eisen und Stickstoff enthalten und eine hochporöse Struktur aufweisen, ähnlich gut funktionieren wie die besten Katalysatoren ohne Edelmetalle. Durch die unterschiedlichen, vernetzten Gänge und Poren werden Wasserstoff- und Sauerstoffatome gezielt geleitet, um die Wassersynthese zu optimieren.
Messungen am Synchrotron
Um zu verstehen, welche Eigenschaften der komplexen Katalysatoren entscheidend sind, wurden die Strukturen mit Kleinwinkelstreuung von Röntgenstrahlung untersucht. Gemessen wurden zum Beispiel die Krümmungswinkel oder das Verhältnis zwischen Porengröße und Wanddicke.
Aus der Untersuchung von verschiedenen Proben bei variierenden Synthesetemperaturen im Bereich von 800 bis 1.000 °C am Synchrotron Bessy II(öffnet im neuen Fenster) ergaben sich 13 Strukturmerkmale. Anhand dieser lässt sich der Katalysator so anpassen, dass er die gewünschten Eigenschaften für den Einsatz in einer Brennstoffzelle erhält.
Weg zu nachhaltigen Brennstoffzellen
Laut Eneli Härk, der verantwortlichen Autorin der Studie, die in ACS Nano(öffnet im neuen Fenster) veröffentlicht wurde, hat man nun eine Landkarte erhalten, die genau zeigt, wie sich die Moleküle unter welchen Bedingungen bewegen. So gibt es einen bestimmten Krümmungswinkel, bei dem Sauerstoff besser umgesetzt werden kann und gleichzeitig die Entstehung von Wasserstoffperoxid deutlich verringert wird.
Die nötige Zusammensetzung des nachhaltigen Katalysators ist vergleichbar mit der von stark zersetztem Torf. Damit wäre das Material tatsächlich umweltfreundlich herstellbar, nicht nur im Vergleich zu Platin. Das Forschungsteam verspricht sich eine Senkung der Kosten und eine Verbesserung der Nachhaltigkeit der Brennstoffzellen, sollten sich die Ergebnisse zukünftig auf einen industriellen Herstellungsprozess übertragen lassen.