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pte20211008004 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Rekordeffizienz für reversible Brennstoffzelle

Ein Gerät kann Energie mittels Wasserstoff speichern und wieder freisetzen


Satellit: Dafür sind reversible Brennstoffzellen interessant (Foto: NASA, unsplash.com)
Satellit: Dafür sind reversible Brennstoffzellen interessant (Foto: NASA, unsplash.com)

St. Louis (pte004/08.10.2021/06:15) - Mit einem neuartigen Katalysator wird die reversible Brennstoffzelle noch effektiver als bisher. Forschern an der Washington University in St. Louis https://wustl.edu ersetzten dazu das oft genutzte Platin durch ein Komposit aus Platin und einer Bleiruthenat-Verbindung. Damit ließen sich die beiden Funktionen deutlich beschleunigen, sagen Kritika Sharma, Doktorandin der Ingenieurwissenschaften, und ihre Kollegen, die den neuen Katalysator entwickelt haben.

Effektive Umkehrbarkeit

Wie ihr Name schon andeutet, können reversible Brennstoffzellen ihre Funktionalität umkehren. Im Brennstoffzellen-Modus produzieren sie aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie, Wärme und Wasser. Wenn man aber quasi einen Schalter umlegt und das Gerät mit überschüssigem Strom aus einer anderen Quelle versorgt, arbeitet es als Elektrolyseur. Das heißt, es spaltet Wasser in Wasser- und Sauerstoff auf, um so Energie zu speichern. Wie gut diese funktionelle Umkehrbarkeit ist, hängt dabei eben davon ab, ob der Katalysator an der Sauerstoff-Elektrode auch wirklich beide Aufgaben effektiv erfüllen kann.

Als Maß eben dafür nutzen die Forscher einen „Bifunktionalitätsindex". „Wir wollen, dass dieser niedrig ist. Im Idealfall null", erklärt Sharma. In der Praxis ist das zwar nicht zu schaffen. Doch der neue Katalysator, der neben Platin und Blei unter anderem auch Ruthenium und Sauerstoff enthält, drückt den Index immerhin auf 0,56 Volt. Das sei dem Team zufolge sehr niedrig im Vergleich zu den bekannten Werten anderen Katalysatoren. Für einen Zyklus aus Hin- und Rückwandlung erreicht die reversible Brennstoffzelle des Teams somit eine Energieeffizienz von 75 Prozent, den Forschern zufolge ein Rekordwert.

Weltraum-Technologie

An derartigen reversiblen Brennstoffzellen wird beispielsweise auch im Forschungszentrum Jülich https://www.fz-juelich.de, bei Sunfire https://www.sunfire.de und im südkoreanischen Forschungszentrum KIST https://kist_school.kist.re.kr gearbeitet. Denn sie sind beispielsweise für die Raumfahrt interessant, wo es Platz und Gewicht spart, wenn ein Gerät zwei Aufgaben erfüllt. Dort dient Strom aus Solarzellen dazu, Wasser aufzuspalten. Der Sauer- und Wasserstoff werden dabei eingefangen, um damit Strom zu erzeugen, wenn die Solarmodule zu wenig liefern. Doch auch für Drohnen oder U-Booten können reversible Brennstoffzellen gute Dienste leisten.

(Ende)
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