Chemiker finden einen Weg zum kostengünstigen Einsatz von Wasserstoff-Brennstoffzellen
Neuer Katalysator mit nahezu identischer Effizienz wie Platin bei 475-fach geringerem Preis
Wasserstoff-Brennstoffzellen - die Autos, Generatoren und sogar Raumfahrzeuge effizient und mit minimalen Treibhausgasemissionen betreiben können - sind vielversprechende, erneuerbare Alternativen zu Verbrennungsmotoren und anderen umweltschädlichen Energieformen. Aber Brennstoffzellen sind nach wie vor unerschwinglich teuer, da sie Platin und andere Edelmetalle benötigen, um ihre elektrochemischen Reaktionen effizient ablaufen zu lassen.
Chemiker der Cornell University haben jetzt eine Klasse von Nichtedelmetallderivaten entdeckt, die Brennstoffzellenreaktionen ebenso gut katalysieren können wie Platin, und das zu einem Bruchteil der Kosten.
"Diese preiswerteren Metalle werden einen breiteren Einsatz von Wasserstoff-Brennstoffzellen ermöglichen", so Héctor D. Abruña, Professor am Fachbereich Chemie in Cornell. "Sie werden uns weg von fossilen Brennstoffen und hin zu erneuerbaren Energiequellen bringen."
Die Ergebnisse des Teams wurden in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Wasserstoff-Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff direkt in Elektrizität um, wobei nur Wasser und eine geringe Menge Wärme als Nebenprodukte entstehen. Ein entscheidender Teil der Brennstoffzelle ist die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR), ein berüchtigt träger Prozess, der traditionell durch Platin und andere Edelmetalle beschleunigt wird. Aber Platin kann unerschwinglich teuer sein.
Alkalische Brennstoffzellen haben an Bedeutung gewonnen, so dass die Möglichkeit besteht, dass weniger teure Metalle, die einst wegen ihrer Anfälligkeit für saure Umgebungen ausgeschlossen wurden, Platin in diesen sanfteren Brennstoffzellen der nächsten Generation ersetzen könnten. Abruña und sein Team machten sich daran, ein kostengünstiges Material zu entwickeln, das für eine alkalische Brennstoffzelle geeignet ist, Elektrizität leitet und die ORR-Reaktion genauso effizient wie Platin katalysiert.
Der Kobaltnitrid-Katalysator war "der eindeutige Gewinner", so Abruña, mit einer nahezu identischen Effizienz wie Platin und einem 475-fach geringeren Preis (Stand: 2. Februar).
Diese Einsparungen könnten dazu beitragen, dass Wasserstoff-Brennstoffzellen endlich aus dem Labor in die breite Masse gelangen. Wenn sie erschwinglich sind, könnten Brennstoffzellen Verbrennungsmotoren und Autobatterien durch eine nachhaltige Alternative ersetzen, die bei ständiger Zufuhr von Wasserstoff nie aufgeladen werden muss und nur 10 % der für ihren Betrieb benötigten Energie verschwendet. Im Vergleich dazu vergeudet ein typischer Automotor etwa 75 % seiner Energie.
"Wasserstoff-Brennstoffzellen sind enorm leistungsfähig und ermöglichen einen Wirkungsgrad, den es bei herkömmlichen Motoren einfach nicht gibt", so Abruña. "Die Menschen erkennen, dass Brennstoffzellen der richtige Weg sind. Der Trick besteht darin, stabile und erschwingliche Katalysatoren zu entwickeln, die das alles möglich machen."
Symbolbild
pixabay.com
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