Meilin Liu (l.) und Yu Chen mit beschichteten Scheiben (Foto: Moore, gatech.edu)

Atlanta (pte004/16.03.2018/06:15) –

Mit einem neuen Katalysator können Brennstoffzellen noch schneller Strom
produzieren. Das ist beispielsweise wichtig, wenn sie Elektroautos mit
Energie versorgen sollen. Wenn plötzliches Beschleunigen nötig ist,
steht immer genügend Strom zur Verfügung. Den Katalysator haben der
Materialwissenschaftler Professor Meilin Liu von der Hochschule Georgia
Tech http://gatech.edu und sein Doktorand Yu Chen entwickelt.

Sauerstoff als Hindernis

Heutige Brennstoffzellen sind relativ schwerfällig, was
die Stromerzeugung betrifft. Das liegt an einem chemischen Engpass. Die
Versorgung der Zelle mit Sauerstoff aus der Luft, den diese benötigt,
um Strom zu erzeugen, ist eher schleppend. An der Anode werden dem
Wasserstoff Elektronen entzogen – man spricht von Oxidation. Diese
fließen durch einen externen Stromkreis und versorgen so einen
Verbraucher, den Motor eines Elektrofahrzeugs beispielsweise. Sie landen
an der Kathode. Dort nimmt Sauerstoff die Elektronen auf, der
Stromkreis schließt sich. Der jetzt positiv geladene Wasserstoff und der
negativ geladene Sauerstoff vereinigen sich zu Wasser.

In dieser Kette ist Sauerstoff das Hindernis.
Wasserstoff ist in der Lage, Elektronen so schnell abzugeben, dass der
Sauerstoff mit der Aufnahme nicht mitkommt. Er ist achtmal langsamer.
Der neue Katalysator wirkt wie ein Turbolader in einem
Verbrennungsmotor. Er sorgt dafür, dass mehr Sauerstoff in den Zylindern
landet, sodass die Leistung letztlich signifikant steigt.

Zweigeteilter Nano-Kat

Der neue Kat basiert, wie so viele technische
Fortschritte, auf der Nanotechnologie. Es ist ein zweistufiger Prozess.
Zunächst sorgt der Katalysator dafür, dass Sauerstoff Elektronen, die
der Wasserstoff auf der anderen Seite des Stromkreises liefert, schnell
aufsaugt. Es entstehen negativ geladene Ionen, die sich in der Struktur
der Nanopartikel einnisten. Von dort aus gelangen sie zu ihrer
Endposition und vereinigen sich mit Wasserstoffionen.

"Der Sauerstoff bewegt sich sehr schnell und dringt in
die Brennstoffzelle ein. Dort trifft er auf ionisierten Wasserstoff", so
Liu. Oder auf Methanmolküle, wenn die Brennstoffzelle damit versorgt
wird. In diesem Fall entsteht allerdings nicht nur Wasser, sondern auch
Kohlendioxid. Die Nanopartikel sind zweigeteilt. Beide basieren auf
Kobalt, das in Sektion eins mit Barium und in Sektion zwei mit dem
Seltenerdmetall Praseodym angereichert ist. Bisher wird das Element
genutzt, um hochfeste Magnesiumlegierungen und Dauermagnete
herzustellen.